串口WiFi模塊的工作原理與無(wú)線(xiàn)WiFi網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

串口WiFi模塊是應(yīng)用極廣泛的一種無(wú)線(xiàn)通信模塊，也是是嵌入式WiFi模塊，體積小，功耗低。串口wifi模塊是基于通用串行接口特性，符合IEEE802.11協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶(hù)接口之間的任意透明轉(zhuǎn)換，支持多種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)加密方式，能充分保證用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全傳輸，使傳統(tǒng)串口設(shè)備更好的加入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。

通過(guò)串口WiFi模塊 ，傳統(tǒng)的串口設(shè)備在不需要更改任何配置的情況下，即可通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸自己的數(shù)據(jù)。

講解到串口wifi模塊的工作原理，先給大家講解一下我們生活中常遇到的幾種無(wú)線(xiàn)wifi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

無(wú)線(xiàn)wifi網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有2種，分別是基礎(chǔ)網(wǎng)（Infra）和自組網(wǎng)（Adhoc）。這里要了解兩個(gè)概念，AP，好比我們家中的路由器，無(wú)線(xiàn)wifi網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建者，網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)。STA，又叫做站點(diǎn)，是無(wú)線(xiàn)wifi網(wǎng)絡(luò)的終端，如我們家里用的筆記本，ipad等等都可以叫做站點(diǎn)。

基礎(chǔ)網(wǎng)（Infra）：由很多AP組成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心就是由AP，網(wǎng)絡(luò)中所有的通訊都是由Ap進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

自組網(wǎng)（Adhoc）： 網(wǎng)絡(luò)中不存在AP，由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的STA組成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有的STA直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

主動(dòng)型串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)：在每次數(shù)據(jù)交換之前，都是由串口wifi模塊設(shè)備主動(dòng)發(fā)起連接，然后在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。典型例子：無(wú)線(xiàn)pos機(jī)在每次刷卡完成之后，無(wú)線(xiàn)pos機(jī)即開(kāi)始連接后臺(tái)的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

被動(dòng)型串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)：在每次數(shù)據(jù)交換之前，所有的串口wifi模塊設(shè)備都是處于等待的狀態(tài)，然后服務(wù)器發(fā)起連接邀請(qǐng)，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

WiFi模塊通常采用串口引腳與主控MCU串口對(duì)接，工作在透?jìng)鞯哪Ｊ较拢骺豈CU將輪椅相關(guān)的控制指令、設(shè)備狀態(tài)，通過(guò)串口數(shù)據(jù)包發(fā)送到WiFi模塊中。WiFi模塊配置上之后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/663/" target="_blank">智能家居系統(tǒng)的云端平臺(tái)中。

APP端是基于云端平臺(tái)上的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)控制交互?？梢杂么谕?jìng)鞯?a target="_blank">物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居、手持設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域如智能排插、智能燈控、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（WiFi Mesh）、工業(yè)無(wú)線(xiàn)控制、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭自動(dòng)化、安全I(xiàn)D標(biāo)簽、WiFi探針、WiFi熱點(diǎn)廣告等應(yīng)用場(chǎng)景。

作為互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的另一個(gè)拓展，物聯(lián)網(wǎng)很快被人們接受，并融入了人們生活、生產(chǎn)的方方面面 。物聯(lián)網(wǎng)的到來(lái)，將用戶(hù)端延伸并擴(kuò)展到了任何物體與物體之間的信息互換和交流 ， 于是互聯(lián)網(wǎng)將世界萬(wàn)物組成了一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。

本文介紹一款飛睿智能代理樂(lè)鑫ESP32-S3的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)芯片模塊，利用ESP32-S3模塊將傳感器設(shè)備、控制設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備等接入了互聯(lián)網(wǎng)。

ESP32-S3是一款低功耗的MCU系統(tǒng)級(jí)芯片 （SoC），集成2.4GHz Wi-Fi和低功耗藍(lán)牙 （Bluetooth? LE） 雙模無(wú)線(xiàn)通信，具有完整的Wi-Fi子系統(tǒng)，符合 IEEE 802.11b/g/n協(xié)議，具有 Station、SoftAP和 SoftAP + Station混雜三種模式；

低功耗藍(lán)牙子系統(tǒng)，支持Bluetooth 5和Blue tooth mesh；行業(yè)領(lǐng)先的低功耗性能和射頻性能；Xtensa? 32位LX7雙核處理器，五級(jí)流水線(xiàn)架構(gòu)，主頻高達(dá)240MHz。

支持IEEE 802.11 b/g/n協(xié)議；在2.4GHz頻帶支持20MHz和40MHz頻寬；支持1T1R模式，數(shù)據(jù)速率高達(dá)150Mbps；無(wú)線(xiàn)多媒體 （WMM）；幀聚合 （TX/RX A-MPDU， RX A-MSDU）；立即塊回復(fù) （Immediate Block ACK）；

分片和重組 （Fragmentation and defragmentation）；Beacon 自動(dòng)監(jiān)測(cè)（硬件 TSF）；4 × 虛擬Wi-Fi接口；同時(shí)支持基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò) （Infrastructure BSS）Station 模式、SoftAP 模式和 Station + SoftAP混雜模式。

低功耗管理：

? 電源管理單元，五種功耗模式；

? 超低功耗協(xié)處理器 （ULP）：

– ULP-RISC-V 協(xié)處理器

– ULP-FSM 協(xié)處理器

安全機(jī)制：

? 安全啟動(dòng)

? Flash 加密

? 4096 位 OTP，用戶(hù)可用的高達(dá) 1760 位

? 加密硬件加速器：

– AES-128/256 （FIPS PUB 197）

– Hash （FIPS PUB 180-4）

– RSA

– 隨機(jī)數(shù)生成器 （RNG）。

串口WiFi模塊的應(yīng)用場(chǎng)景：

公用事業(yè)和智能能源：恒溫器、照明控制、EV充電器、智能儀表；

零售：POS終端、無(wú)線(xiàn)價(jià)簽、數(shù)字遠(yuǎn)程標(biāo)牌；

消費(fèi)電子：遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)廣播、家庭安保、玩具；

遠(yuǎn)程設(shè)備管理：位置和資產(chǎn)追蹤、汽車(chē)、代碼更新；

醫(yī)療、健康和保健：患者監(jiān)護(hù)、健康設(shè)備、實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)；

工控：化學(xué)傳感器、無(wú)線(xiàn)控制器、安保系統(tǒng)、M2M通信等。

責(zé)任編輯：tzh