本帖最后由 sz99iotA 于 2018-8-3 14:44 编辑
IoT WiFi透传设计
简述本文主要描述产品中使用单片机控制器设备完成IoT Wi-Fi网络通讯的一些通讯设计要求，包含硬件连接，软件架构搭建，天线设计以及无线信号的测试方法。以便达到产品更好的软件架构以及射频性能。 本文应用于单片机控制器通过Uart串口或者SPI接口连接，通过AT+指令集驱动Wi-Fi芯片或者模组，并通过控制指令来连接网络，App以及云端服务器。 部分技术内容适用于RTL8710BX芯片，并以九九物联AFW121、AFW125系列模组适配用于举例。
1 硬件资源规划1.1 串口透传I/O资源： | | | | | | | | Pin16、Pin17（CTS模块输入端，RTS模块输出端） | | | | | | Pin5 CHIP_EN（不需要控制可以悬空，内部上拉10K电阻） | | VCC供电电流需满足≥500mA, GND需要连接一起 | Pin11=VDD33, Pin1、Pin3、Pin10、Pin12、Pin21=GND | | | |
注意：Pin8不能做上拉，它会使模块进入Debug模式，模块无法正常运行； 1.2 SPI透传模式需要I/O资源 | | | | | | | | | | | | | | Pin5 CHIP_EN（不需要控制可以悬空，内部上拉10K电阻） | | VCC供电电流需满足>=500mA, GND需要连接一起 | Pin11=VDD33, Pin1、Pin3、Pin10、Pin12、Pin21=GND | | | |
注意：Pin8不能做上拉，它会使模块进入Debug模式，模块无法正常运行；
1.3 I/O端口状态正常通讯，为初始化的I/O处于不确定状态，如果MCU有与模块的I/O连接实现控制，需要对模块的该I/O有上/下拉，模块在系统关闭的时候，I/O为高阻态。 1.4 Wi-Fi模块CHIP_EN引脚管理A、 悬空——无法硬件控制系统的启动或者关闭，模块可正常使用； B、 设备控制——输出低电平可控制模块电源系统关闭，正常工作时，必须保持输出给该引脚的电平为高；对此引脚的电平跳变时间≥100ms;
1.5 天线匹配用户在前期设置PCB阶段，必须考虑到模块整体布局： | 模块天线部分露出板边，天线上端、左右两边必须做到5mm以上的净空区域，确保模块天线底部不能有金属物质 | | 模块Pin2可衔接底板天线，底板天线与模块Pin2管脚的连接线尽量短，只要天线在底板上做好匹配，模块不需要考虑天线匹配 | | |
1.6 功耗参数
1.7 固件升级 模块提供两种升级：A、有线高速串口升级 B、无线OTA升级
| | | | | 连接模块Pin19、Pin20，使用Image Tool加载固件烧录（PC端） | | | MCU通过指令串口给模块传输升级文件，升级速度高达20KB/s，MCU需要做Xmodem协议 | 使用指令通信接口，升级过程波特率需要是460800 | | | 模块和PC端需要连接同一个AP热点，使用PC端的IP地址和端口；具体参考OTA升级文档 | 主控给模块发起指令： AT+WLOTA=<服务器地址>,<端口> | | 用户可把固件放到服务器上，模块通过连接上外网AP热点，下载固件，此方式可应用在app上 | |
1.8 RSSI漫游处理模块具有AP漫游的功能，在存在多个同名和同密码的AP环境中，设备如果移动工作的话，模块会每几秒钟自动查询当前连接的热点的RSSI值。当RSSI低于指定的最低界限值时，模块会扫描当前环境下的同名AP信号，并选取信号值最高的进行重新连接，可以实现在保持当前socket连接不断开的情况下，无缝切换同名AP。因开启此功能之后模块在功耗上会有所增加，默认是关闭的，可以根据客户的需求进行开启，一般适用于大型商场移动式手持设备。
2 工具软件2.1 配网兼容性
模块配网分别受AP热点编码格式、网络环境、手机系统兼容性三个因素影响； Ø AP（路由）编码格式影响（中文SSID）： Ø 网络环境：
当下可以用手机产生热点，确认模块是否有故障 Ø 手机系统兼容： IOS可能由于版本升级，app软件需要同步升级。Android版本升级差异不大。 2.2 AP热点加密方式通用的加密类型分别有：WEP、WPA、WPA2、WPA-PSK、WPA2-PSK WPA2-PSK的加密安全更加高，设置简单，对AP的兼容最普遍。
2.3 网络信号强度以及分析工具用户在开发测试时，可能会出现一些不稳定情况，可以结合一些第三方工具，借助PC端无线网卡或者手机Wi-Fi；例如：inSSIDer、360概观； 下面图片为inSSIDer.exe通过电脑网卡扫描周围环境的AP信息：
2.4 软件功能逻辑测试
Ø 局域网环境下： A、 在与AP距离足够近情况下，测试整个软件工作流程；例如从上电到正常运行的逻辑场景 B、 测试Socket连接后，大数据传输的压力测试 C、 Socket连接压力测试，是否存在连续的建立失败
Ø 连接外网服务器： A、 服务器的稳定性 B、 连接外网的AP稳定
2.5 性能稳定测试事项Ø 局域网环境下测试，PC端建立服务器 Ø 使用工具：
3 MCU软件逻辑规划3.1 上电启动流程
3.2 关于建立Socket连接问题
3.3 关于指令的执行时间指令可分为：基础指令，Wi-Fi控制指令，网络查询指令，网络数据传输指令（TCP/UDP指令）、提示指令； 每条指令都需要在最后带上“\r\n”,用户输入的指令结尾没有“\r\n”，模块会回显“ERROR\r\n”；详细指令的格式参数，请参考“AT+Command”； 以下主要介绍一些指令的执行时间： 3.4 关于低功耗Tickless Tickless mode—模块上电后即可操作指令进入，可在连接Wi-Fi和不连接Wi-Fi的情况下工作，进入该模式，模块会在每10s唤醒，在无任何操作响应情况下瞬间睡眠。 表3为Tickless模式唤醒说明 | | | Pin14做为默认的唤醒管脚，设备主动唤醒模块，可触发拉低Pin14；
有指令操作：5ms后，模块能立即相应设备指令，执行完相关指令8-10s后进入自主进入睡眠。
无指令操作：模块会在2s后自主进入睡眠模式。 | | Pin14做为默认的唤醒管脚，同时网络下行数据也是唤醒源；
主动唤醒：设备主动唤醒模块，可触发拉低GPIOA_5，有指令操作，5ms后，模块能立即相应设备指令，执行完相关指令8-10s后进入自主进入睡眠。无指令操作，模块会在2s后自主进入睡眠模式。
被动唤醒：下行网络数据可直接唤醒模块，模块处理完数据后，8-10s进入睡眠模式。（实测） |
4 Wi-Fi性能压力测试4.1 关于Wi-Fi与云端通信协议 Wi-Fi模块目前对接的云端可分两类： A、 公用云：亚马逊、阿里云、京东等等；对接该云端，模块端做好与该云的标准协议接口；如果存在数据协议对接，仅仅是MCU对云端的数据协议封包和解析；MCU端只需正常的操作AT指令集，封装好的数据帧通过Socket收发，最后各自解析。 B、 私有云：机智云、深智云、或者用户自己搭建云平台等等；对接该云端，实现原理同上。
4.2 AP连接压力测试
4.3 Socket建链压力测试（TCP）
能否增加一个通讯速率，包含SPI最高通讯速率，完全透传设置，UART最高通讯速率，完全透传设计
4.4 路由器兼容性以及测试方法 路由兼容性测试方法是以不同品牌不同型号和不同配置的路由器为AP热点，进行网络性能压力测试。 以下为部分路由测试分析报告，测试项目都是基于4.2、4.3的流程
5 关于配网，成功率参数1. AP模式，airkiss,STA，BLE+WIFI配网差别，资源需求。 Ø AP模式配网需要配合九九物联的配网APP，配网成功率相对比较高，能达到98%以上。 Ø airkiss配网需要配合微信的airkiss功能，配网成功率在90%以上，部分手机可能存在兼容性问题。 Ø BLE+WIFI配网成功率跟AP配网一样，成功率比较高，但是需要有蓝牙模块的支持，设备如果同时有蓝牙模块可以选此方案。 Ø simpleconfig配网，配网成功率和原理跟arikiss一样，使用九九物联的配网app可以实现。 2. 路由器兼容性同信道设置关系，隐藏ID以及不同国家设置 路由器兼容性主要是路由器的编码格式和一些路由器的配置问题，MCU在给模块发送连接AP指令时，SSID和PASSWORD编码方式需要跟路由器一致。 3. 出口国家信道设置关系 信道的设置根据不同国家和地区的法制法规，开放的信道不一样，模块默认是国内的规格，如果需要出口到国外，需要告知我们，我们会 根据不同的地区设置不同的信道参数。 6 掉线分析如果是长连接的TCP连接，连上服务器之后如果出现异常断开，MCU端可以重新发送指令建立连接。长连接的TCP连接由于网络堵塞和服务器等原因，有时候长时间不进行数据交流，会出现断开的情况，此时只需要重新连接即可，若一直连接不上，需要排查网络原因，可以将模块的log串口接到PC端，用串口软件记录模块输出的log信息，并保存下来提供给我们分析。
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