WBx 系列模组

更新时间:2022-05-20 05:53:11下载pdf

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

    WBx 系列模组

    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。

    WBx 系列模组

    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

    WBx 系列模组

  • WB1S 与 5V MCU 配合处理模式

    WBx 系列模组

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。
    WBx 系列模组

  • 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。
    WBx 系列模组

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。
      WBx 系列模组
  • 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。
      WBx 系列模组
    • 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。
      WBx 系列模组
    • 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。
      WBx 系列模组
    • 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。
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    • 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

WBx 系列模组

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

WBx 系列模组

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
  • 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。