WBx 系列模组

本文主要介绍了 WBx 系列模组在实现 MCU 串口通信开发时需要了解的相关信息，适用于单品通用对接。

模组介绍

WBx 系列模组是由杭州涂鸦信息技术有限公司开发的一款低功耗嵌入式 Wi-Fi+BLE 双协议模组。它由一个高集成度的无线射频芯片 BK7231T 和少量外围器件构成，内置了 Wi-Fi 网络协议栈和丰富的库函数。它包含低功耗的 32 位 MCU， 1T1R WLAN，最高主频 120MHz，内置 256K SRAM，2Mbyte flash 和丰富的外设资源。

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

  

  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 WB1S 模组。

• 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。

  

  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 WB1S 模组。

• WB1S 与 3.3V MCU 配合处理模式

  

• WB1S 与 5V MCU 配合处理模式

  

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 WRx 系列模组及对应的用户串口位号如下表所示：

  模组型号	输入电压（TYP）	输入电流（MAX）	电源 引脚	电源丝印	TXD 引脚	TXD 丝印	RXD 引脚	RXD 丝印
  WB1S	3.3V	360mA	4	3V3	2	TXD1	3	RXD1
  WB2S	3.3V	430mA	1	VBAT	7	TX	5	RX
  WB3S	3.3V	305mA	8	VCC	16	TXD1	15	RXD1
  WB3S-IPEX	3.3V	365mA	8	VCC	16	TXD1	15	RXD1
  WB3L	3.3V	402mA	8	VCC	16	TXD1	15	RXD1
  WB8P	3.3V	384mA	1	VCC	9	TXD1	10	RXD1

• 模组电源相关说明

  • 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。

• 模组引脚相关说明

  • 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。
  • 程序重启，且 I/O 未完成初始化 这段时间内，用户串口引脚为 高阻 状态。
  • 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。

• 模组上电时序说明

  • 每次上电时，模组电源引脚的电压的建立时间 Tprdy≤5ms。
    

• 波特率自适应固件说明

  • 为了适配 MCU 的串口波特率，程序会多次对 UART 外设进行开启-关闭操作，但处在关闭 UART 的状态时，TX 和 RX 引脚会处在高阻状态；用户在使用一些电平转换电路时，请注意，确保 TX 和 RX 引脚处在高阻状态时，通信线仍是空闲状态的电平（高电平）。

• 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；同时也可能会引起模块处在不正常工作状态。

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。

   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 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 引脚拉低来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