WBRx 系列模组

本文主要介绍了 WBRx 系列模组在实现 MCU 串口通信开发时需要了解的相关信息。

模组介绍

WBRx 系列模组是由杭州涂鸦信息技术有限公司开发的 支持 Wi-Fi 和 BLE 双模的低功耗嵌入式模组系列。它可以支持 AP 和 STA 双角色连接，并同时支持低功耗蓝牙连接。

MCU通用串口协议

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 串口通信示意图

• 模组与 3.3V MCU 配合处理模式
  

注意：上图的中 VCC 引脚是模组的电源引脚，引脚 TXD 和 RXD 是模组的用户串口。
上图不适用于WBR1和WBR1D模块。

• 模组与 5V MCU 配合处理模式
  下图中，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。
  

注意：上图的中 VCC 引脚是模组的电源引脚，引脚 TXD 和 RXD 是模组的用户串口。
上图不适用于WBR1和WBR1D模块。

• 补充一：WBR1x 系列模组与 3.3V MCU 配合处理模式
  WBR1x系列模组包含WBR1和WBR1D。
  

注意：上图的 3V3 引脚是模组的电源引脚，VCC/Vin引脚是模组内部电平转换电源引脚，引脚 TXD 和 RXD 是模组的用户串口。

• 补充二：WBR1x 系列模组与 5V MCU 配合处理模式
  WBR1 内部 TXD 引脚已有电平转换电路，与 5V MCU 通信可参考下图。参考图采用的是三极管，如需改用 NMOS 管，可参考下文中 NMOS 管转换电路参考图，自行修改。
  

注意：上图的 3V3 引脚是模组的电源引脚，VCC/Vin 引脚是模组内部电平转换电源引脚，引脚 TXD 和 RXD 是模组的用户串口。

电平转换电路参考图

• NMOS 管转换电路参考图
  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图
  本示例利用 NPN 三极管实现数据的单向通信。
  

设计说明

• 可用串口实现与 MCU 通信的 WBRx 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 引脚序号	TX 丝印	RX 引脚序号	RX 丝印
WBR2D	3.3V	392mA	7	TX/B1	5	RX/B2
WBR2	3.3V	380mA	7	A14	5	A13
WBR3N	3.3V	392mA	16	TX/PB1	15	RX/PB2
WBR3L	3.3V	324mA	16	TXD	15	RXD
WBR3	3.3V	324mA	16	TXD	15	RXD
WBR3D	3.3V	392mA	16	TXD/PB1	15	RXD/PB2
WBR3T	3.3V	392mA	16	TXD/PB1	15	RXD/PB2
WBR3S	3.3V	392mA	16	TXD/PB1	15	RXD/PB2
WBRG1	3.3V	392mA	16	TX1	15	RX1
WBRU	3.3V	324mA	15	TX	16	RX

• 可用串口实现与 MCU 通信的 WBR1x 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 引脚序号	TX 丝印	RX 引脚序号	RX 丝印
WBR1D	3.3V	392mA	2	TX/PB1	3	RX/PB2
WBR1D-IPEX	3.3V	392mA	2	TX/PB1	3	RX/PB2
WBR1	3.3V	324mA	2	TX	3	RX
WBR1-IPEX	3.3V	324mA	2	TX	3	RX

• 模组电源相关：

  • 参考上表，给模组 3.3V 的供电电流应该大于输入的最大电流值，且外部滤波电容总容量大于 10uF，推荐给模组 3.3V 的供电电流不小于 500mA。
  • 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。
  • 用户串口在模组上电启动时，有信息输出，软件开发时，注意屏蔽。
  • 其他未使用引脚都可做悬空处理。。
  • 如果对模组中的一些普通 GPIO 有使用要求，请查阅相应的模组规格书中相关知识和限制条件后，再使用。

• 模组上电时序：

  • 每次上电时，模组电源引脚的电压的建立时间 Tprdy≤40ms。
    

• 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 齐平或更深一点，开槽宽度距离模组板边要间隔 ≥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。

低功耗设计特殊说明

• 通过对模组电源引脚通断电的控制实现整机低功耗
  
  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。当有数据需要上报时，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客户端。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：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，这时电源通过 MCU 的 UART 引脚流经模组的 UART 引脚，会倒灌到模组的 VCC 引脚。此时，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。
  
  
  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客户端的任务完成后，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 GPIO 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。

  注意：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 电平转换电路参考图，然后参考 模组与 MCU 串口通信示意图 中的 3.3V MCU 示意图，将电平转换电路嵌入到串口链路上。
  
  

• 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
  
  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。当有数据需要上报时，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客户端。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 引脚内部有上拉电阻，当模组处在复位状态时，模组的 CEN 或 RST 引脚内部的上拉电阻有电流损耗。

RF 相关测试项目及指标

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 RF 的测试验证产品 RF 的性能，以下表格罗列了可测试的 RF 测试项目及指标。

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

注意：

• 第 3 和 4 测试项需要借助天线厂家或认证机构的暗室进行测试。
• 测试项目适用大部分 Wi-Fi 产品，但可能不适用于一些特殊产品。