Wi-Fi模块在物联网设计中的优势介绍

无处不在的物联网（IoT）依赖于无线连接，但是有许多无线选项，并非每个设备都是IP可寻址的 - 这是物联网的必备功能。更重要的是，RF设计本来就很困难。很少有公司具备实施射频和天线设计的适当技能，即使完成后，保持该设计与最新标准保持同步并通过FCC合规也是非常耗时的。

对于设计师来说，对于无线连接和物联网，有一个非常可靠且经过验证的选项。该选项是Wi-Fi和模块的使用。此功能将解释为什么，提供一些设计解决方案，讨论即将到来的IEEE 802.11协议升级，并展示如何将ZigBee桥接到Wi-Fi以实现本机IP寻址。

有许多无线接口选项，蓝牙低功耗（BLE），ZigBee，Z-Wave，Wi-Fi和RFID，每个都有自己独特的功率，范围，数据速率，网状网络，抗干扰性和易用性平衡。但是，某些接口尚未启用本机IP，因此无法直接寻址或通过Internet与其他设备和服务器交换数据。这些需要一个单独的网关，为最终解决方案增加了费用和复杂性。

这就是Wi-Fi引人注目的地方：它基于具有原生IP寻址能力的IEEE 802.11标准，无处不在，易于理解，并且可以在数据速率方面很好地扩展以优化功耗。据Wi-Fi联盟称，已安装超过68亿台支持Wi-Fi的设备，因此可用的本地Wi-Fi接入点的可能性非常高（图1）。另请注意，802.11标准也符合IPv6标准，因此对唯一地址的数量几乎没有限制。

Wi-Fi模块在物联网设计中的优势介绍

图1：广泛的物联网使用Wi-Fi模块的应用程序显示了界面的灵活性和可扩展性，以及它的普遍性。（来源：Tektronix。）

虽然Wi-Fi广泛且易于理解，但它仍然是一个无线接口，具有RF所需的所有变幻莫测的设计。了解后续步骤至关重要。

缓解无线开发

为物联网应用选择Wi-Fi后，设计人员经常面临构建自定义RF实施的艰巨挑战，这需要时间，金钱和专业知识。开发无线设备的设计要求至少包括直接RFIC集成以及指定滤波器，放大器，时钟，电容器，电感器，晶体振荡器以及需要在板上的天线等组件的能力。作为他们的位置。还需要网络匹配电路，以确保无线电和天线匹配良好，以避免信号丢失。其他知识领域包括系统布局，软件堆栈开发，设备安全性，连接可靠性，信号干扰和降级，以及最后但并非最不重要的FCC认证。

如何在典型的上市时间内完成此任务鉴于RF设计专业知识不是每个电子公司都可以获得的参数？添加Wi-Fi功能的一种越来越常见的方法是使用预先打包的模块。这种方法大大简化了流程。模块供应商提供的测试，校准和预认证模块符合要求的标准，因此可以为公司提供快速，便捷的上市途径，基本上是即插即用的解决方案，减少了对模块的需求。软件开发。更重要的是，设计和构建Wi-Fi模块的制造商可以在设计集成阶段成为您的RF顾问。

Wi-Fi模块通常包含两个主要部分：Wi-Fi芯片和应用主机处理器。 Wi-Fi子系统包括802.11无线电物理层（PHY），基带，媒体访问控制（MAC），以及可能用于快速，安全的互联网连接的加密引擎。应用程序主机处理器具有内部或外部闪存，ROM和RAM。该模块通常还带有用于定时器，串行通信接口，模拟比较器，模数转换器（ADC），数模转换器（DAC），晶体振荡器和调试接口的I/O.

电源管理子系统包括支持各种电源电压的集成DC-DC转换器。它支持低功耗模式，例如具有实时时钟（RTC）模式的休眠模式。模块可以提供集成天线或为外部天线提供RF连接器。 Wi-Fi模块附带的软件包通常包括设备驱动程序，集成的802.11安全层以及管理和监控实用程序。

在设计Wi-Fi物联网解决方案时，起点是理解IEEE 802.11代表一系列标准，直到最近才在2.4 GHz（IEEE 802.11b/g/n）和5 GHz（IEEE 802.11a/n/ac）免许可频段中运行。评估这些协议时需要考虑三个关键因素：数据速率，范围和功率要求。当您比较不同的Wi-Fi协议时，802.11b/g具有与已安装设备和功率要求兼容的优势，而802.11n和802.11ac具有更高的数据吞吐量，可用于视频流等多媒体应用（见表）。

协议

频率

信号

最高数据速率

传统802.11

2.4 GHz

FHSS或DSSS

2 Mbps

802.11a

5 GHz

OFDM

54 Mbps

802.11b

2.4 GHz

HR-DSSS

11 Mbps

802.11g

2.4 GHz

OFDM

54 Mbps

802.11n

2.4或5 GHz

OFDM

600 Mbps（理论上）

802.11ac

5 GHz

256-QAM

1.3 Gbps

表：不同Wi-Fi协议和数据速率的摘要显示了IEEE 802.11的进展它的早期目前是2 Mbps到1.3 Gbps。（来源：w w w . d z i u u . c o m

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