T1x 系列模组

本文主要介绍了涂鸦 T1x 系列模组在实现 MCU 串口通信开发时需要了解的硬件设计相关信息。

模组介绍

T1-U、T1-U-IPEX、T1-2S 等 T1x 系列模组是支持 Wi-Fi 和低功耗蓝牙双模的嵌入式模组。这些模组支持 AP 和 STA 双角色连接，并同时支持低功耗蓝牙连接。

MCU 串口协议

• Wi-Fi 通用串口协议
• Wi-Fi 断电快连通用串口协议
• Wi-Fi HomeKit 通用串口协议

模组与 MCU 串口通信

• 模组与 3.3V MCU 配合处理模式

  

• 模组与 5V MCU 配合处理模式

  

  上图中，电平转换器可以通过双向电平转换芯片实现，也可通过 MOS 管或三极管电路实现。

电平转换电路参考

• NMOS 管转换电路参考，本示例利用 NMOS 管和内嵌的体二极管实现数据的双向通信：

  

• NPN 三极管转换电路参考，本示例利用 NPN 三极管实现数据的单向通信：

  

设计说明

串口对应关系

可用串口实现与 MCU 通信的 T1x 系列模组及对应的串口位号如下表所示：

模组型号	输入电压（TYP）	输入电流（MAX）	TX 引脚号	TX 丝印	RX 引脚号	RX 丝印
T1-U	3.3V	445mA	15	TX1	16	RX1
T1-U-IPEX	3.3V	445mA	15	TX1	16	RX1
T1-2S	3.3V	440mA	7	TX1	8	RX1

模组电源相关

• 参考上表，建议给模组 3.3V 的供电电流大于输入的最大电流值，且外部滤波电容总容量大于 10uF。
• 模组电源引脚的滤波电容 C1 和 C2 尽量靠近电源引脚放置。

模组引脚相关

• 模组的复位引脚或使能引脚是硬件复位引脚，在模组内部已经配置弱上拉，不使用可做悬空处理。如果模组配过网，不能通过该引脚清除配网信息。
• 模组的 TX2 引脚是模式选择脚，上电前拉低进入测试固件，悬空或拉高进入应用固件。正常使用时，不推荐作为 GPIO 口使用，引脚可以悬空或加上拉电阻。
• 其他未使用引脚都可做悬空处理。
• 具体的引脚信息可参考对应的模组规格书。

模组上电时序

• 每次上电时，模组 GPIO 口引脚的高电平电压的建立时间 t2，必须大于或等于模组电源引脚的电压的建立时间 t1。如下图：

  

• 如果模组 GPIO 引脚高电平电压的建立时间 t2，小于模组电源引脚电压的建立时间 t1，可能会引起模组无法启动。

  • 能够让模组恢复到正常状态的方式：通过对模组的硬件复位引脚（RST/CEN）拉低 1 ms 后，再拉高，实现模组重启。
  • 不能让模组恢复到正常状态的方式：通过反复对模组电源引脚的通电断电。

天线净空说明

• 天线辐射方向外壳不可使用金属材质、或在塑料壳体表面使用含有金属成分的喷漆和镀层。天线周围避免使用金属螺丝、金属铆钉或其他金属器件影响天线的辐射。

• 顶盖到天线的距离会影响天线的性能，外壳距离天线越远，性能影响越小。

  

• 上下壳到天线的距离会影响天线的性能，外壳距离天线越远，性能影响越小。

  

• 模组尽量远离喇叭、电源开关、摄像头、HDMI、USB 等其他高速信号设备，避免引起干扰。

• 天线附近避免金属遮挡，如有同频信号干扰需充分评估保证隔离度。

天线放置方式

• 水平放置

  模组建议放置在底板边缘，天线朝外，模组 GND 与底板 GND 平齐，并且充分连接。

  

• 嵌入放置

  模组嵌入底板上，在底板上开槽，开槽深度要与模组 GND 齐平或更深，开槽宽度距离模组板边间隔不低于 15mm。

  如果开槽宽度继续加宽，性能相应提高，但相较于水平放置模式相对弱些。

  

• 垂直放置

  模组垂直插入底板卡槽内，天线朝上，模组 GND 与底板 GND 充分连接。理想情况下，天线周围净空 ≥15mm。

低功耗设计

方式一：电源引脚通断电

该方式通过对模组电源引脚通断电的控制，实现整机低功耗。

• 原理：如图所示，MCU 通过 GPIO 口控制开关器件 S1，实现对模组的通断电操作。

  • 当数据需要上报时，GPIO 口控制开关器件 S1 导通，此时模组上电并建立串口通信连接，然后 MCU 通过模组将数据同步到云端和 App。
  • 当数据上报完成后，GPIO 口控制开关器件 S1 断开，此时模组断电并处于无功耗状态。

• 缺点：

  1. 当开关器件 S1 处在断开状态时，模组是处在断电状态的，模组的 TXD 引脚与 RXD 引脚和 MCU 的 RXD 引脚与 TXD 引脚仍处在常连接状态。
  2. 这时电源通过 MCU 的 UART 引脚流经模组的 UART 引脚，会电流倒灌到模组的 VCC 引脚。
  3. 模组的 TXD 引脚和 RXD 引脚电平还处于高电平，电流倒灌会造成模组功耗增加。
  4. 等下次 S1 导通至模组上电时，模组的 TXD 引脚和 RXD 引脚高电平的建立时间早于模组的电源引脚电压建立时间，造成模组死机。

• 解决办法 1：硬件不做变更，MCU 软件实现优化。当 MCU 检测到数据上报云端和 App 的任务完成后，MCU 程序还需要按以下步骤操作。

  1. 先将 MCU 的 TXD 和 RXD 引脚设置为普通 IO 口，且是开漏状态（OPEN-DRAIN）或弱下拉状态。

  2. 再通过 GPIO 口控制 S1 断开，此时模组断电。

  3. 等下次需要上报数据时，MCU 先通过 GPIO 将 S1 导通，此时模组上电。

  4. MCU 再将 TXD 和 RXD 配置为 UART 功能，建立通信，上报数据。

     该方案不适用于 MCU 的串口引脚不能被配置为开漏状态，或弱下拉状态的情况。如果串口链路上有上拉电阻，则上拉电阻的一端需要连接到模组的 VCC 引脚上，或去掉上拉电阻。

• 解决办法 2：MCU 软件不做变更，硬件上增加电平转换电路。电平转换电路可参考前文 电平转换电路参考，然后参考 模组与 MCU 串口通信 中的 3.3V MCU 示意图，将电平转换电路嵌入到串口链路上。

方式二：降低模组闲置时的功耗

通过对模组 CEN 或 RST 引脚拉低，降低模组不工作时的功耗来实现整机低功耗。

• 原理：如图所示，MCU 通过 GPIO 口控制模组的 CEN 或 RST 引脚，实现对模组的通断电操作。

  • 当数据需要上报时，GPIO 口输出高电平，模组上电，串口通信建立连接，MCU 通过模组将数据同步到云端和 App。
  • 当数据上报完成后，GPIO 口输出低电平，模组处在复位状态，模组低功耗。

• 缺点：模组 CEN 或 RST 引脚内部有 10K 上拉电阻，当模组处在复位状态时，模组的输入电流仍有 330uA。

射频相关测试

由于天线对周围器件和外壳的距离比较敏感，因此建议完成整机测试后进行相关射频（RF）的测试验证产品 RF 的性能。下表格罗列了可测试的 RF 测试项目及指标。

测试项目	测试指标
室内环境拉距	≥25m
室外空旷环境拉距	≥75m
整机信令模式 TRP（测试模式为 11B 1Mbps）	≥10dBm
整机 TIS	≤-62dBm