短距离无线通信的方案与选择

2018-10-22 admin 2003

随着通信与物联网技术的不断发展,我们的设计中开始出现越来越多的无线通讯模块的元素。通过无线通信,设备不再只是独立工作,而是可以通过网络协同工作,增强设备的灵活性与功能。短距离无线通信是无线通讯模块中最常见的一种情况,一般指通讯范围不超过100m的无线通信。本文简述短距离无线通信的常用方案,不同的方案的比较,如何根据不同的项目需求进行选择。。。。

一、常见的短距离无线通信方案

1.1  无线编解码芯片

无线编码芯片将数据编码后进行无线传输,而无线解码器则接收无线数据、并进行一些容错处理。无线编解码芯片相当于只实现了无线网络的物理层,利用无线构件了一个数据的通路,一般提供若干个”通道”供使用者使用。一般常用于汽车无线遥控开关、门禁遥控开关、玩具遥控器中,常见型号有PT2262/2272。

1.2  无线数传芯片

无线数传芯片允许使用者通过芯片提供的接口进行数据的传输,常见的接口有SPI及串口。无线数传一般工作在315 MHz/433 MHz/868 MHz/915 MHz/2.4 GHz这些频段,这些频段是公开频段,不需要进行使用申请。无线数传有两种不同的传输方式:透明传输和非透明传输。透明传输是指数据所发即所得,不需要进行协议转换;而非透明传输是指用户需要操作一些寄存器,或是需要进行协议的转化与解析。典型的数传芯片有Si4432、nRF24L01、CC1100,这三款芯片的比较如下(数据由毛鹏程整理):

型号

电压

传输距离

传输速率

Si4432

1.9~3.6V

1500米以上

256Kbps

nRF24L01

1.9~3.6V

20-50米

2Mbps

CC1100

1.9~3.6V

200米以上

500Kbps

1.3  ZigBee(802.15.4)

随着物联网、车联网与智能家居概念的宣传,ZigBee开始进入我们设计人员的视线。ZigBee基于IEEE 802.15.4标准,由ZigBee联盟制定,具有自组网、低速率、低功耗的特点,尤其适合小型设备组网的需要。ZigBee的第一个版本制定于2004年,经历了ZigBee2004、ZigBee2006、ZigBee2007及ZigBee Pro等版本。各版本的比较如下:

版本

ZigBee2004

ZigBee2006

ZigBee2007

指令集

无

无

ZigBee

ZigBee PRO

无线射频标准

802.15.4

802.15.4

802.15.4

802.15.4

地址分配

CSKIP

CSKIP

随机

拓扑

星状

树状、网状

树状、网状

网状

大网络

不支持

不支持

不支持

支持

自动跳频

是,3个信道

否

否

是

PAN ID冲突解决

支持

否

可选

支持

数据分割

支持

否

可选

可选

多对一路由

否

否

否

支持

高安全

支持

支持,1密钥

支持,1密钥

支持,多密钥

应用领域

消费电子(少量节点)

住宅(300个节点)

住宅(300个节点)

商业(1000个节点以上)

1.4  Wifi(802.11)

Wifi相信大家都非常熟悉了,Wifi被广泛应用于笔记本电脑、手机、平板电脑中,用于支持设备通过无线通讯模块的方式连接互联网。Wifi的通信吞吐率很高,且与现存的网络设备具有良好的兼容性。

1.5  蓝牙(802.15.1)

蓝牙技术的创始人是爱立信公司,用于手机与外围设备的连接,如蓝牙耳机、蓝牙GPS等。蓝牙使用时分双工的模式来实现全双工通讯,遵循IEEE802.15.1协议。蓝牙具有通讯速率快、连接简单、全球通用、功耗低等特点,广泛用于手机、计算机、娱乐外围设备之中。

1.6  IrDA

IrDA使用红外线进行通讯,是一种低成本的通讯方案。该标准制定了一个半双工的通讯系统,通讯范围1m左右,传输角度30到60度。因为使用红外线作为通讯媒介,IrDA的数据传输率最大可以达到4Mbps。IrDA较大的劣势就是其对传输路径的要求比较高,传输距离、收发角度都有限制,减小了它的应用领域。

二、短距离无线通信方案的比较

方案

通信速率

通信距离

网络拓扑

功耗

体积

硬件成本

编解码芯片

较低

10m – 100m

点对点

低

较小

较低

数传芯片

较高

100m-1000m

点对点,星型

一般

较小

一般

Zigbee

较低

(*)10m以上

星型,网型

较低

较大

较高

Wifi

最高

100m

星型

最高

最大

最高

蓝牙

一般

10m

点对点

较低

较大

较高

IrDA

较高

2m

点对点

低

最小

最低

(*)Zigbee支持跳传机制,理论上通讯距离上不封顶。

三、短距离无线通信方案的选择

根据项目需求中对功能、成本、体积、功耗的种种要求,确立了以下一些选择的思路:

1、需要极低的成本

如果对成本十分敏感(比如用于消费类电子产品),可以使用编解码芯片(对角度无要求)或IrDA(对角度有要求)。IrDA通讯的成本极低,只需要一对红外收发管,但通讯角度必须在60度以内。

2、需要较大的数据传输率

如果需要传送的数据是图片或者视频这样的“大家伙”,那么一般只能选择Wifi传输;

如果传送的是语音数据,蓝牙也可以较好的支持。

3、需要连接互联网

如果设备需要连接互联网,一种方式是使用节点+网关的形式,另一种方式就是使用Wifi。

4、设备需要组成星型网络

使用支持多通信通道的数传模块,或在点对点通讯时附加设备ID信息。

5、设备需要组成网状网络

可以使用数传无线通讯模块,需要自己实现路由、转发机制;

也可以使用支持ZigBee协议的芯片,如CC2530、STM32W,但成本较高。


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