WXU 系列模组

更新时间:2023-05-16 07:12:18下载pdf

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

模组与 MCU 串口通信

  • 模组与 3.3V MCU 配合处理模式

    WXU 系列模组

    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。

    WXU 系列模组

    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:

    WXU 系列模组
  • 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:

    WXU 系列模组

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。

WXU 系列模组

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。
    WXU 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。
    WXU 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。
    WXU 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

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。

WXU 系列模组
  • 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。

WXU 系列模组
  • 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:

WXU 系列模组
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
  • Boost 转换器,您可根据自己的设计需求,并结合 WXU 规格书进行选型。
  • 电感 L1 可以根据升压 IC 特性适当调大。输入电流最大 1.0A 左右。C5、C6 输出端使用 100uF 钽电容,可增加 boost 动态响应能力,相同负载下 boost 启动电压也会降低。

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
  • 整机信令模式 TRP整机 TIS 测试项需要借助天线厂家或认证机构的暗室进行测试。
  • 以上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。