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物联网边缘节点和传感器无线连接设计工况检测
时间:2018-08-20 08:03 作者:佚名 点击:

从大量的边缘节点,到云端分析和控制应用,任何基于联网 (IoT) 的业务模型都依赖可靠、安全的无线通信。 在面对基于微控制器的传感器和致动器设计时,开发人员可以使用许多现成的 MCU 开发平台和工具链。 在过去,提供无线通信很难实现。 由于区域性的无线监管认可要求,使用或建立自己的验证型无线协议堆栈的需要,以及完全射频的复杂性,设计工程师经常会采用预批准的无线模块,而不是要挑战性地构建分立的设计。

新一代无线 MCU 和模块可以满足联网边缘节点传感器的无线连接和相对较低的计算需求,而且不需要额外的 MCU 主机。 这些无主机或单机式器件和模块加快并简化了整个设计过程。 然而,问题并不仅仅是要有能够满足开发人员需求的合适模块可用。 在当今的产品开发环境下,嵌入式工程师没有时间从头开始了解模块的完整功能。 而且,软件驱动程序、代码片段和评估平台的可获得性正慢慢变得与器件的功能同样重要。 开发人员越快实现器件与云的通信,就越可能将器件投入市场并获得商业上的成功。

其中一个成功的无线 MCU 实例就是 Texas Instruments 的 CC3200 SimpleLink™ 系列。 SimpleLink 系列是一个由评估板、代码实例和 SDK 组成的完整生态系统。 CC3200 提供多种封装尺寸,集成了 ARM® Cortex®-M4 应用微控制器(运行频率为 80 MHz)与 802.11 b/g/n Wi-Fi 网络处理器子系统。 这种次级子系统具有自己专用的 ARM MCU 内核,可从应用 MCU 卸除所有 Wi-Fi 通信堆栈。

物联网边缘节点和传感器无线连接设计工况检测

图 1:CC3200 硬件概览框图。

CC3200 针对基于电池的物联网设计进行了优化,包含许多其他功能,例如电池管理功能和一整套外设接口,包括 GPIO、UART、SPI、PWM 和 4 通道 12 位 ADC。 主要功能集如图 1 所示。 CC3200 除了带有 256 kB RAM,还具有一个 256 位硬件加密引擎,用于快速 AES、DES 和 3DES 加密以及 SHA2 和 MD5 验证。 通过其自身的电源管理子系统及集成的 DC-DC 转换器,它不仅能够适用广泛的电压范围,而且还能够具有低功耗模式;最低功耗模式使器件进入休眠模式,而 RTC 仍然运行。 在此模式下,所需电流小于 4 μA。

物联网边缘节点和传感器无线连接设计工况检测

图 2:CC3200 嵌入式软件概览。

图 2 显示了 CC3200 的另一面,即器件嵌入式软件功能。 Wi-Fi 子系统支持 Station、Access Point 和 Wi-Fi Direct 模式以及 WPA2 Personal 和 Enterprise 安全和 WPS 2.0。 片上嵌入了 TCP/IP、TLS/SSL 和 HTTP 服务器堆栈。

图 3 全面展示了 CC3200 的功能,重点显示了 GPIO 和外设接口、电源管理以及相对少量且必需的附加无源元件。

物联网边缘节点和传感器无线连接设计工况检测

图 3:CC3200 功能框图。

当您研究器件的引脚复用功能时,就会理解 CC3200 的设计思想。 针脚复用是比较流行的在最小封装尺寸内纳入大量外设接口功能的做法,它允许将外设集映射到特定引脚。 通过硬件配置和寄存器控制组合可以实现引脚复用。 此过程的完整信息和映射选项均可从 TI CC3200 规格书中找到。 为了帮助进行设计,TI 创建了一个针对各种不同应用案例的推荐引脚复用配置表(图 4)。 此方法在广泛的应用初期阶段有助于使设计成型,从而充分利用外设集和可用的引脚分配。

CC3200 推荐引脚分配分组使用 - 实例(1)
家用安全高端玩具Wi-Fi 语音 ++ 工业传感器标签家用安全玩具Wi-Fi 语音 ++ 工业Wi-Fi 遥控,带 7x7 小键盘和语音传感器门锁火警玩具,带或不带摄像头工业家电工业家电智能插头工业家电GPIO外部 32 kHz(2)外部 32 kHz(2)






外部 TCXO 40 MHz(-40 至 85°C)
摄像头 + I2S (Tx 或 Rx) + I2C + SPI + SWD + UART-Tx + (App Logger) 2 GPIO + 1 PWM + *4 层覆盖从 Hib 唤醒I2S(Tx 或 Rx)+ 1 Ch ADC + 1x 4 线 UART + 1x 2 线 UART + 1bit SD Card + SPI + I2C + SWD + 3 GPIO + 1 PWM + 1 GPIO,带从 Hib 唤醒I2S(Tx 或 Rx)+ 2 Ch ADC + 2 线 UART + SPI + I2C + SWD + 2 PMW + 6 GPIO + 3 GPIO,带从 Hib 唤醒Cam + I2S(Tx 或 Rx)+ I2C + SWD + UART-Tx + (App Logger) 4 GPIO + 1PWM + *4 层覆盖从 Hib 唤醒I2S(Tx 和 Rx)+ 1 Ch ADC + 2x 2 线 UART + 1bit SD Card + SPI + I2C + SWD + 4 GPIO + 1 PWM + 1 GPIO ,带从 Hib 唤醒I2S(Tx 和 Rx)+ 1 Ch ADC + UART(仅 Tx)I2C + SWD + 15 GPIO + 1 PWM + 1 GPIO ,带从 Hib 唤醒I2S(Tx 和 Rx)+ 2 Ch ADC + 2 线 UART + SPI + I2C + 3 PMW + 3 GPIO,带从 Hib 唤醒 + 5 GPIO SWD +4 Ch ADC + 1x 4线 UART + 1x 2线 UART + SPI + I2C + SWD + 1 PWM + 6 GPIO + 1 GPIO ,带从 Hib 唤醒(针对外部 40 MHz TCXO)3 Ch ADC + 2 线 UART + SPI + I2C + SWD + 3 PWM + 9 GPIO + 2 GPIO,带从 Hib 唤醒2 Ch ADC + 2 线 UART + I2C + SWD + 3 PWM + 11 GPIO + 5 GPIO,带从 Hib 唤醒
引脚编号11 号引脚分配10 号引脚分配9 号引脚分配8 号引脚分配7 号引脚分配6 号引脚分配5 号引脚分配4 号引脚分配3 号引脚分配2 号引脚分配1 号引脚分配

图 4:CC3200 推荐引脚复用配置。

如果希望在应用中采用 CC3200 器件,可供选择的开发选项很多。 除了针对应用设计自己的 PCB,还可以选择使用包含屏蔽式 CC3200 的 CC3200 模块,其尺寸仅为 20.5 x 17.5 x 1.5 mm,在紧凑模块上集成了无源元件、晶体和芯片天线。

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