单片机无线控制系统这才是工业物联网需要的WiFi单片机|技术文档|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

这才是工业物联网需要的WiFi单片机

正如Microchip所看到的一样，随着物联网从家庭自动化领域拓展到如供暖、通风与空调（HVAC）、车库门和电风扇等家庭控制领域，以及在建筑和工业自动化领域的加速应用，市场对高度集成、可靠和安全的工业物联网（IIoT）连接性的需求前所未有地增加，这就催生了WiFi单片机的需求。

但Microchip无线解决方案部产品线经理Alex Li在日前的一场发布会中指出，以上应用目前正在使用的WiFi单片机方案功能是有限的，所以，几乎在任何场所都需要额外的主的单片机跟它一起工作。而要实现这样的设计，就需要两者之间通过SPI或者UART这样的接口协议进行连接。

然而这样的设计将诶开发者带来几方面的挑战：

首先，在Wi-Fi模块和主单片机之间的进行连接，限制了Wi-Fi的速度；

其次，从商业角度来说，这样的双元件结构会增加设计和生产过程中的一些复杂性和风险。 客户可能不得不花更多的时间在驱动程序的开发上，甚至还需要学习不同的软件开发工具。再者，来自不同生产商的供应也可能会导致一些生产延迟或者一些供应链上的风险，因为你不可能保证每个生产商都可以给你及时地供货。

第三，在系统及应用的技术支持方面也是一个问题。 因为你不可能让一个生产商的一个技术支持工程师，一个售前帮你解决如何连接另一个产品，以上种种这些都会导致你的产品延迟上市，还有一些无谓的资金的投入；

第四，则是网络安全方面的挑战。 如上图右边的主单片机，有很多和互联网连接相关的安全密钥和身份认证都会储存在其闪存里面，这将带来很大的安全漏洞。

为了解决以上问题，Microchip特意推出了首款Trust&Go Wi-Fi® 32位单片机模块WFI32E01PC。从Alex的介绍我们得知，这款单片拥有一款叫做PIC32MZ-W1的高性能32位单片机，它有1兆的闪存和256KB的RAM，可以应付很多复杂的物联网应用。

此外，Microchip这款产品拥有丰富的外设，这也让其能拥有足够的能力应付IIOT各种场景的应用需求。除了传统的SPI、UARD或者是ADC之类的外设外，Microchip还给客户提供了如以太网结构、USB、CVD Touch和CAN总线之类的特殊接口。与此同时，WFI32E01PC还有出色的模拟性能，如精确的高度线性的双通道12位ADC，那就意味着即使在不同的干扰、不同的温度变化下，产品仍然有相对稳定的性能。

“这样一种ADC的特性在设计工业传感器以及其他一些工业应用上是至关重要的”，Alex Li强调。

此外，作为一款面向物联网的芯片，数据安全也是Microchip这款WiFi单片机模块需要考虑的重点问题。而他们则通过在内部集成Trust&Go平台来解决，据了解，这个平台采用安全元件技术，为云身份验证进行预先配置和设置，简化了网络身份验证的过程。

Alex Li指出，Trust&Go就是为了解决设备连到本地WiFi，再连接到云端所的安全问题。按照他所说，在这个过程中，就需要有一个具有加密密钥对的增强型TLS连接，这个连接是一个非常复杂的过程，它需要三个要素：第一个就是不可变更的公共密钥，第二个就是一个隐性私密的密钥，任何外部的软件是不可以看到这个密钥的，这个是绝对保密的，而且必须防止一些物理的攻击。第三个就是唯一可验证以及可信任的设备标识，你可以理解成它就是一个外围设备的物联网设备的指纹或者是它的一些独特的设备标识。

除了上述描述的高性能硬件以外，Microchip还借助其MPLAB Harmony开发环境，为这款WiFi单片机提供了囊括开发、安全、功能性和可靠性在内的软件功能。

首先看开发方面，据Alex Li介绍，这个开发平台能为其客户提供无代码的Wi-Fi局域网开发框架，让某些不了解WiFi代码应用和设置的客户可以在其开发环境上通过填写一些简单的参数，做一些简单的选项，就可以设置好其WiFi连接；同时，Microchip还会给客户提供丰富的系统级师范应用，这样客户就可以通过很小的改动，将其变成自己的应用；此外，这个软件的SDK上面还会给客户提供所有MCU所需要的一些驱动，帮助客户运用各种MCU的功能。得益于这样的设置，开发者就能快设计出原因，并将其实现无缝集成。

其次看功能方面，如上图所示，Microchip的的软件库给客户提供了无线局域网具有的先进Wi-Fi功能和各种类型的网络协议栈。同时还将提供云连接的示例软件，满足不同场景下的设计需求。

来到安全和可靠方面。除了上文谈到的Trust&Go外，Microchip通过还为这款产品的软件引入了WPA3连接支持和连接硬件加密加速器TLS，提升了身份验证的稳定以及防止了一些离线的字典攻击。

借助卓越的Wi-Fi互操作性测试，Microchip可以保证其Wi-Fi产品可以随便地连接到任何的路由器，“Microchip已经跟53个市面上很受欢迎的路由器做过测试，并且涵盖了非常广范围的Wi-Fi的access point的芯片，旨在我们会帮助克服这个问题”，Alex Li强调。“同时，我们的Wi-Fi软件已经通过Wi-Fi Alliance提供的WFA认证，那就意味着客户如果想用其Wi-Fi logo，就需要通过WFA的认证”，Alex Li补充说。

Microchip还为客户提供了如ICD3、ICD4和SNAP之类的专业调试工具，针对射频产品，他们还将提供测试工具，确保其设计的产品符合规范。

“Microchip在不久之后将提供一个开发板，客户可以基于其快速搭建原型机”，Alex Li表示。

从上文的介绍我们看到，这是一个WiFi单片机模块，而不是集成度更高的WiFi SoC，因此在发布会上就有记者问到，公司为何做这样的设计选择？针对这个问题，Alex Li给出的答案是因为他们的模块已经经过了完整的射频认证，这就让客户使用起来可以更方便。但他也强调，Microchip有计划在未来推出针对SoC的设计。

作为全面的系统解决方案供应商，Microchip提供了广泛的产品组合，将WFI32E01PC模块与其他Microchip的领先器件配对，可简化物联网和工业物联网系统。这些领先的器件包括KSZ8081以太网PHY系列，MCP2542WFD CAN收发器系列，传感器和包括蓝牙®低功耗（BLE）、远程（LoRa）和IEEE® 802.15.4在内的无线技术等。Microchip的系统解决方案方法提供即时可用的软件驱动程序和硬件参考设计，能显著降低项目风险，缩短产品上市时间。

“有了我们这个模块，客户不再需要双元件的设计结构，不需要学习多个软件的SDK，只要学习我们的SDK就行了。此外，客户也不需要跟多个供应商打交道，Microchip可以从设计到生产给客户提供一站式的服务”，Alex Li最后说。

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单片机无线通信模块——NRF24L01

这是一个NRF24L01模块，如图1，它是一款2.4GHz的无线收发一体模块，我们使用它来实现单片机之间的无线通信。这个模块的核心元器件就是中间的这颗NRF24L01芯片，这颗芯片是欧美品牌，而外围模块则是中国制造。

图1 NRF24L01模块

它有着迷你的外形尺寸，使用起来非常方便。板载蛇行天线最大传输距离为100米。支持一对六数据通信。这个模块通过八个直插引脚与外界进行连接，供电电压为1.9至3.6伏，其他数据引脚可以直接连接3.3V或5V单片机。空中传输速率有2M、1M和250KHz可选。它与主控芯片之间的通信方式为4线SPI通信，最高速率为10MHZ。