WXU 系列模组

本文主要介绍了 WX 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

WXU 模组 是一款低功耗嵌入式 Wi-Fi 与蓝牙双模模组。它由一个高集成度的无线射频芯片 T103C-HL 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 ARMv8 MCU、WLAN MAC、1T1R WLAN，最高主频 160MHz，内置最大 320K SRAM，芯片内置 2Mbyte Flash 和丰富的外设资源。

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

  
  上图中 VCC 引脚是模组的电源引脚，引脚 TXD 和 RXD 是模组的用户串口。

• 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。

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，WXU 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
WYU	3.3V	420mA	14	VBAT	15	TXD	16	RXD
WXU-IPEX	3.3V	420mA	14	VBAT	15	TXD	16	RXD

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，推荐给模组 3.3V 的供电电流不小于 500mA。
• 模组上电启动，复位或者配网时，会有较大瞬间的峰值（Peak）电流。为了降低 Peak 电流，外部滤波电容推荐 2 颗 22uF（要求耐压 16V，封装 0805），以及 1 颗 0.1uF 陶瓷电容。
• 模组电源引脚的滤波电容 C1、C2 和 C3，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。
• 程序重启，且 I/O 未完成初始化 这段时间内，用户串口引脚应为为 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信息和限制条件后，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 不大于 5ms。

波特率自适应固件

为了适配 MCU 的串口波特率，程序会多次对 UART 外设进行开启和关闭操作。但处在关闭 UART 的状态时，TX 和 RX 引脚会处在高阻状态。您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

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. 同时，也可能会引起模组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 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 CEN 或 RST 引脚内部的上拉电阻有电流损耗。

干电池供电

WXU 模组支持使用干电池供电的低功耗长保活场景。为了能更大限度消耗电池电量，延长电池使用寿命，建议增加 Boost 升压电路。

升压电路参考原理图和 BOM 如下：

电路标注	描述	引脚	封装	数量
Battery	电池	BAT1	Battery-5-15.06mm	1
10uF/10V	无极性电容	C1、C3	C0404_GRM15	2
0.1uF/16V	无极性电容	C2、C4、C6	C0404_GRM15	3
22uF/16V/0805	无极性电容	C5	C0603_GRM18	1
2.2uH	电感	L1	L2520x120	1
CJ2312	N-Channel MOSF	Q1	SOT23-3	1
Boost	电压转换器	Q2	-	1
1k	电阻	R1	R0402	1

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 11Mbps）	≥10dBm
整机 TIS（测试模式为 11B 11Mbps）	≤-80dBm