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干货分享丨一文给“物联网小白”讲清楚什么是无线通信模块

WHAT - 什么是无线通信模块?

顾名思义,三个名词 无线+通信+模块,下面我们一个一个说。

首先它得是无线,无线这个东西看不见摸不着,非常抽象。曾经多少电子通信专业学生折戟在下面这个课程。↓

干货分享丨一文给“物联网小白”讲清楚什么是无线通信模块

我们经常说手机信号多少格,就是这个范畴。无线的优势不用多说,最大的优势就是可移动,不受区域限制。当然最明显的劣势就是稳定性和安全性就没有有线传输那么好了。虽然无线概念很抽象,但是我们对手机都不陌生,手机就是用到了无线。

再说通信,官方是这么阐述的:通信是通过某种媒体进行的信息交流与传递。说人话,还拿手机举例子,比如打电话发短信,手机上网这些都是通信。

最后,什么是模块?国内习惯称模块,中国台湾等地区通常叫它模组。打开一个无线通信模块屏蔽罩,看看里面有什么(见下图)。看起来都是芯片和小封装的阻容组成。简单说来,无线通信的功能就是靠下面这些芯片来完成的。

它跟手机的区别在于,手机是给人用的,无线通信模组是给设备用。用一句很形象的话解释就是,给物联网设备配一部"手机" ,让设备也能跟人一样打电话收发短信,进行上网。

WHY - 无线通信模块能干什么?

简单说是用于联网,把本地数据发送到服务器。具体数据是怎么通过无线电磁波发出去的,请参考[电磁场和电磁波]章节。对于应用端用户来说,可以忽略,就比如不用理解电话短信怎么通过手机发出去,只需了解怎么拨号、编辑短信,直接点拨号和发送键即可。对于开发人员来说,只需要根据模块手册来操作电话,短信和数据业务流程(通常是AT指令流程),其他底层的工作无线通信模块会自动完成。所以开发人员只需要关注应用层的业务逻辑,无需关注底层技术的原理,可以省时省力的完成产品开发。

如下图所示,模块可以把本地感知的数据发送到网络层:

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当然,如今无线通信模块已经不仅仅是联网的数据通道,我们参考一下上海移远通信4G模块手册,发现接口非常丰富。USB/UART/I2C/SPI/SD/LCD/Camera / SIM / PCM /GPS / WLAN …. 有键盘、显示屏、摄像头、麦克风、喇叭等,操作系统有 Android , Linux 和 RTOS …

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看到这些功能和接口,你可能会问我:”你确定这不就是一款手机?”

说起来还真是要给IoT终端配一部手机的节奏,而且还是一部智能手机。这样一来,要被终端应用玩坏了。刷脸支付、POC对讲机、安防监控......形形色色的智能应用随着智能模块的发展而雨后春笋般的出现了。

HOW - 无线通信模块怎么用?

无线通信模块主要功能是联网,把本地数据通过无线传输方式发送到后台服务器。我们把这个动作分解一下:

第一步数据采集,这个数据范围很广,有开关量,数字量和模拟量(电流电压),这些数据一般是通过单片机的ADC 串口(485) GPIO口采集,按照行业的数据协议或者私有协议对数据进行封装。当然常见需要采集的数据有传感器数据,比如温湿度,运动传感器芯片还有GPS数据,大都是通过I2C、SPI和串口完成采集。

第二步,单片机通过USB 或串口把数据传给无线通信模块。

最后,由通信模块进行传输发送给后台服务器。单片机对无线通信模组的控制大多是通过模组的AT指令。

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图一丨  [传感器 单片机 无线通信模块]

通过上面的结构图,可以看到一个比较完整的物联网应用有无线通信模块(做数据传输)+外置MCU(app应用开发)+外设(传感器,LCD, Camera ,GPS 等),大家各司其职。核心的控制和逻辑部分在外置的MCU端,所以基本上有MCU单片机开发背景的工程师很容易上手做应用开发。

最近几年模块厂家在推广一种称为OpenCPU的开发模式,简单说就是模组即可作为联网,还能取代单片机作为主控编写自己的app 。相比较第一种外挂单片机的方式,因为省去了MCU,这样节约了成本同时减小了尺寸。但是从客户实际使用反馈看稳定性没有外挂单片机好,对开发者要求更高,需要有一定的嵌入式开发背景和平台接口的熟悉程度。

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通过上面的结构图,对比图一,会发现APP部分集成到了无线通信模块内部。模块既作为MCU功能又作为无线传输单元。这种openCPU模式需要了解和熟悉嵌入式环境以及熟悉平台API接口,适用于对成本敏感,对尺寸敏感但是开发周期不是很紧张的项目。

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基于当前市场上基带芯片的成熟度和高集成度,对于模块的开发难度在逐步降低,模组厂家也对各种功能进行了AT指令封装以及相应的SDK开发包供开发者学习和参考。模块对开发者来说就像一个黑盒子,只需要会使用黑盒子外部接口即可。

好了,今天就分享到这里。下一篇【一文给“物联网小白”讲清楚无线通信模块是怎么炼成的】我们将会打开模块这个黑盒子,看看无线通信模块内部结构究竟是什么样子,它是怎么研发生产制造出来并最终来到我们开发者手上。

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