【应用】Silicon Labs WF111 WiFi模块及开发套件，简化物联网无线设计工作

时间： 2018-06-30 来源：iot-online

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WiFi是用于无线通信流行的短距离射频（RF）技术之一，它基于IEEE 802.11规范，利用2.4 GHz的频段进行无许可证的频谱分配。与诸如蓝牙低功耗和Zigbee等技术相比，它相对耗电、价格昂贵，并且需要大量的处理器资源。但是，它的数据速率非常高，从原始最低802.11b版本的11 Mbits/s的到n版本的600 Mbits/s，没有其他开放标准的2.4 GHz技术与之接近。因为WiFi的广泛部署且易于理解，物联网（IoT）产品的设计人员正在使用基于WiFi的无线连接。但是，任何类型的RF都很复杂，需要进行合规性测试。如果没有正确的专业知识，可能会减慢开发速度，特别是如果设计师选择从头开始设计RF部分。加速设计过程的一种方法是选择许多可用的预认证模块之一。因此，本文主要介绍了WiFi在无线应用中的优势，以及SILICON LABS的WF111无线模块以及开发套件，解释如何使用模块和相关设计工具来设计产品。

WiFi在IoT中的优势

基于IEEE 802.11规范的Wi-Fi只定义了通信协议的物理层（PHY）和数据链路层。然而，这种Wi-Fi无处不在的互联网连接，其PHY和数据链路层通常被集成到一个完整的TCP/IP协议栈中（图1）。该协议栈确保互联互通性，并且通常（但不总是）是由Wi-Fi连接解决方案供应商提供的软件。

图1 TCP/IP协议栈

虽然WiFi已经成为将智能手机、便携式计算机和个人电脑连接到互联网的关键技术，但它正在迅速多样化，成为物联网的基础技术。在互联网互操作性和吞吐量比功耗更重要的情况下，WiFi驱动的物联网设备为直接从无线传感器向互联网传递信息的问题提供了一个引人注目的解决方案。WiFi物联网传感器直接连接到互联网，无需借助低功耗无线个人区域网络（6LoWPAN）等附加网络层，如IPv6。对于具有成本效益的“网关”，Wi-Fi是一个很好的选择，其中多协议蓝牙LE / zigbee / Wi-Fi片上系统（SoC）单元汇集来自多个低功率无线传感器的数据，并将此信息转发给云端。此外，WiFi的低功耗形式正在兴起。基于IEEE 802.11ah并被称为“HaLow”，该技术的功耗可以通过利用其他低功耗无线技术所使用的超低占空比而最小化。预计其功耗约为传统WiFi芯片消耗的1％。HaLow运行在900MHz的ISM频段，这一频段范围是目前WiFi的近两倍。折中的地方是吞吐量，但据说这与蓝牙LE的最大原始数据速率2 Mbits/s相当。

WiFi物联网解决方案

从头开始设计WiFi物联网解决方案可降低成本，并提供充分优化无线产品性能的机会。但是设计人员需要拥有相当多的RF硬件专业知识，熟悉TCP/IP协议，并且需要坚持按照标准合规性认证规范进行长时间的测试和验证。因此，令人满意的设计是选择一个组装好的，并且经过测试、验证以及合规认证的模块。这些产品可以迅速融入Wi-Fi物联网解决方案，加快产品上市时间。

Silicon Labs推出的WF111 WiFi模块为低成本的WiFi模块被设计用于物联网应用（如经销商终端、远程安全摄像头和医疗传感器等）提供了一个很好的例子。WF111通过WiFi b/g/n提供互联网连接，仅提供2.4 GHz操作，最大数据速率为72 Mbits/s，链路预算为114 dBm（17 dBm发射机功率输出和-97 dBm接收机灵敏度）。其电压供应为1.7至3.6 V，Tx峰值电流为192 mA，Rx峰值电流为88 mA。WF111包含一个内置天线（或用于外部天线的连接器），与外部主机微处理器一起工作。它由主机微处理器使用1位或4位模式下的安全数字输入输出（SDIO）接口控制。SDIO接口允许主机微处理器直接访问IEEE 802.11。

由于Silicon Labs供应商预计WF111 WiFi模块与蓝牙LE传感器在使用时安置距离会比较接近，因此最多可以有6条硬件控制线用于管理无线共存。控制线确保WiFi和蓝牙设备进行通信，以避免Wi-Fi和蓝牙LE设备距离接近时发生的数据包同时传输。这种传输通常会降低链路性能（图2）。

图2 WF111包含六条控制线，以确保WiFi与蓝牙设备间的通信

虽然模块可以节省大量的硬件工作，并且通常提供经验证的WiFi（TCP/IP）软件堆栈（通常是应用示例），但该解决方案并不总是针对开发人员的目标应用进行优化。针对目标应用的优化通常可以通过转向模块制造商的开发套件来实现。开发工具通常采用组装和经过测试的开发板的形式来构建模块。需要配套微处理器的模块的开发板可以连接到基于目标微处理器的开发平台。开发套件旨在为主机处理器提供应用程序编程接口（API），并提供WiFi堆栈，从而简化其他应用程序编码。例如，Silicon Labs提供WF111 WiFi模块开发套件来评估上述WF111模块。该开发套件包含一个带有WF111模块的组装和测试印刷电路板。它的形状适合标准的SDIO卡插槽。一旦安装后，可以使用目标微处理器的评估工具来执行并评估该模块。此外，还有一个有用的头部允许轻松访问模块调试总线以进行RF认证。

结论

WiFi在物联网无线协议中占有独特的地位，因为它能够支持高数据速率，同时提供与互联网的无缝互操作性。但是，像任何RF技术一样，WiFi从零开始设计起来很复杂。对于许多设计师来说，尤其是那些面临较短设计周期的设计师而言，模块可能是更好的选择。它可以来自嵌入式微处理器，也可以与他们最喜欢的微处理器相结合，大大简化和加速设计和认证过程。

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大虫子 Lv7. 资深专家 2021-03-15

学习了
MagicMoon Lv8 2019-02-28

学习了

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