细节: 类别：嵌入式系统; 2021年2月10日

如今，无线接口应用广泛，为从消费电子设备到工业物联网系统等各种设备提供至关重要的连接。本文将探讨四种知名的无线标准（Wi-Fi、蓝牙Mesh、Z-Wave和蜂窝网络）的特性，并介绍一些可用的开发平台。.

电子工程师长期以来一直将射频 (RF) 电路设计视为一门深奥的技艺，最好交给专家来完成。射频设计的一大难点在于，寄生元件（通常在设计过程中被忽略）在高频下会变得更加显著。设计 PCB 时，还必须考虑传输线、信号延迟和反射的影响，以及任何可能干扰附近设备的杂散信号。最后需要克服的障碍是协议合规性和监管审批。为了简化产品开发，市面上提供了预认证且包含所有必要功能的射频模块和系统级封装 (SiP) 产品。.

典型的无线模块通常包含无线电收发器、晶体振荡器、射频电路和印刷电路板天线。它还包含一个微控制器，其固件用于实现协议栈。此外，它可能还集成了电源管理和外部接口等功能。通常，它会配备专用的评估和开发套件。开发套件有助于对无线模块进行初步评估。它们还可以用作软件开发平台，用于构建演示或原型。然而，了解决定无线技术性能及其对特定应用适用性的参数仍然至关重要。例如，某些应用需要高数据速率或远距离通信，而另一些应用则更注重低功耗。.

无线上网

由于其高速数据传输的全面性，Wi-Fi 可能是家庭和办公室中最广为人知、应用最广泛的无线标准。其室内覆盖范围约为 10 至 30 米，受墙壁等障碍物的限制；而在室外，其覆盖范围可超过 100 米。目前的 Wi-Fi 标准使用两种无线电频率：2.4 GHz 和 5 GHz。2.4 GHz 标准可提供高达 600 Mbps 的数据传输速度。更高的频段可以提供更快的数据传输速度，但其覆盖范围也更容易受到障碍物的限制。.

Microchip AC164165 智能设备使能套件 Wi-Fi 是一款 Wi-Fi 演示和开发平台。它基于紧凑型单频 2.4GHz 模块 (ATWINC15x0)，针对低功耗物联网应用进行了优化。该 Wi-Fi 控制器符合 IEEE 802.11b/g/n 标准，其先进的物理层 (PHY) 可提供出色的灵敏度和传输距离。

图 1：AC164165 Wi-Fi 智能设备启用套件（来源：Microchip）。.

除了微控制器和各种标准接口外，主板还包含电源管理电路。例如，用于管理外部锂离子或锂聚合物电池的充电控制器，可用于便携式设备的样机开发。此外，集成的湿度、压力和环境光照传感器也是一项附加功能。.

该套件已预先编程，可与亚马逊 Alexa 配合使用，并提供云连接以简化原型设计。开发人员可以使用 Atmel Studio IDE 来定制应用程序。

蓝牙网络

蓝牙主要用于短距离通信，取代了打印机等外围设备的有线连接。与 Wi-Fi 相比，蓝牙功耗更低，传输距离更短，最大数据传输速率为 1 或 2 Mbps。然而，随着蓝牙 5 标准的推出，网状网络功能显著提升了其传输距离。.

图 2：网状网络示意图（来源：Mouser Electronics）。.

Cypress EZ-BT 网络评估套件用于评估您的蓝牙网络，包含四个完整的蓝牙节点，开箱即可搭建一个简单的网络。如果您想扩展网络，只需添加更多节点即可。

该无线模块基于低功耗双模蓝牙5芯片CYW20819，包含晶体振荡器和印刷电路板天线。它还配备了ADC和PWM外设以及多个串行接口，包括PCM/I2S音频接口。此外，套件中的每个主板都包含USB和UART接口、软件可定义的RGB LED和开关、环境光传感器、热敏电阻和PIR运动传感器。由于其低功耗特性，该模块非常适合电池供电应用，因此主板上配备了纽扣电池仓。.

图 3：蓝牙网络节点板特性（来源：Cypress）).

为了方便物联网开发，ModusToolbox® 软件开发环境^包括 IDE、板级支持包、中间件库和各种应用程序代码示例。

Z-Wave

Z-Wave 主要用于家庭自动化应用，是一种超低功耗的无线协议。它间歇性地传输少量数据，通常由纽扣电池或能量收集供电。与其他无线技术一样，Z-Wave 使用网状网络来促进所有设备之间的通信并扩展传输范围。.

图 4：Z-Wave 700 无线入门套件（来源：Silicon Labs）。.

Silicon Labs Z-Wave 700 无线入门套件是一个综合性的评估和开发平台。它包含两块主主板以及额外的无线电板，这些无线电板包含射频收发器、晶体振荡器和配套组件。该无线电板还可以用作ZGM130S SiP 模块的参考设计。

每块主板都配备丰富的外部接口，包括以太网和 USB 接口，以及 microSD 卡插槽。此外，它还配备 128x128 像素液晶显示屏、温湿度传感器和纽扣电池仓。主板还提供扩展接口，方便用户连接其他硬件。Simplicity Studio 环境支持在符合行业标准的集成开发环境 (IDE) 中进行软件开发，并提供应用示例和工具，用于无线网络的能耗分析、配置和测试。.

窄带物联网 (NB-IoT)

最后，LTE移动技术（或称4G）在移动电话行业广为人知。IoT BE标准采用LTE的一个子集，将带宽限制在200 kHz，以降低物联网和低功耗应用的功耗。.

Nordic Thingy:91™ 多传感器原型套件是开发低功耗移动物联网应用的理想之选。该套件基于 nRF9160 SiP，集成了射频前端和多模 LTE-M/IdC BE 调制解调器，兼容蓝牙、蜂窝网络和 GPS。此外，该套件还集成了可充电锂聚合物 (Li-Po) 电池的电源管理功能，使其成为开发电池供电便携式应用的理想选择。它还包含一系列强大的环境传感器，例如温度、湿度、空气质量和压力、光照和颜色传感器，以及两个加速度计，这些传感器对于概念验证和通用测试都非常有用。

图 5：Thingy:91™ 多传感器原型套件（来源：Nordic Semiconductor）。.