作者：Ryan，Woodings，Deepak，Sharma

你駕車(chē)回家按下車(chē)庫(kù)開(kāi)門(mén)按鈕——車(chē)庫(kù)門(mén)隨之打開(kāi)、走廊里的主燈點(diǎn)亮、中央空調(diào)打開(kāi)、等離子電視調(diào)到了你喜歡的頻道，你的各種自動(dòng)裝置陸續(xù)就位……雖然這一切并非現(xiàn)實(shí)，但是憑借當(dāng)今的無(wú)線技術(shù)，以上情形的實(shí)現(xiàn)絕不是遙不可及的夢(mèng)想。當(dāng)802.11標(biāo)準(zhǔn)在無(wú)線局域網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角的時(shí)候，一場(chǎng)新的革命正在線纜置換和傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域悄然進(jìn)行。這些系統(tǒng)的核心由一個(gè)無(wú)線通信裝置（通常采用Bluetooth或WirelessUSB技術(shù)）、一個(gè)微控制器（通常是8位）以及多種板載外部元件組成。

線纜置換技術(shù)

隨著Zigbee的推出，傳感器網(wǎng)絡(luò)變得愈發(fā)普及了。大多數(shù)Zigbee設(shè)備對(duì)功耗極為敏感（溫度調(diào)節(jié)裝置、安全傳感器等），其目標(biāo)電池壽命是以“年”為單位來(lái)計(jì)算的。Bluetooth專(zhuān)注于實(shí)現(xiàn)手機(jī)、耳機(jī)和PDA之間的特別互操作性，同時(shí)還被用作一種面向無(wú)線計(jì)算機(jī)外設(shè)的電纜置換解決方案。PDA和高端手機(jī)大多包含一個(gè)Bluetooth解決方案。WirelessUSB就簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用而言，并不需要采用一種復(fù)雜的聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。以上三種技術(shù)工作在授權(quán)的2.4GHzISM頻段，其優(yōu)勢(shì)包括：可在世界各地使用，多通道加上智能編碼方案可提供高帶寬，采用擴(kuò)頻實(shí)現(xiàn)高干擾耐受力和抑制性能，性價(jià)比較高。

微控制器集成

隨著微控制器的小型化和廉價(jià)化，許多外部元件正在被直接集成到微控制器之中。目前，8位微控制器具有多種封裝尺寸、RAM和ROM容量、串行通信總線以及模擬輸入和輸出方式，從而使得設(shè)計(jì)者能夠選擇一款與其設(shè)計(jì)要求和成本約束條件相匹配的微控制器。如今，有些微控制器集成了微控制器和嵌入式設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的所有相關(guān)的、模擬和數(shù)字外圍電路，這種混合信號(hào)集成減少了使用的元件數(shù)量，從而極大地改善了系統(tǒng)質(zhì)量和可靠性，并大幅降低了材料成本。

正確的微控制器與無(wú)線通信的融合技術(shù)最終將使得設(shè)計(jì)者能夠明顯地縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間、元件數(shù)量和系統(tǒng)成本，并改善工作距離、功耗和延遲等指標(biāo)。走“無(wú)線”路線可使人們節(jié)省巨額安裝成本，例如如果在一座現(xiàn)有的建筑物內(nèi)放置CO2探測(cè)器，采用無(wú)線解決方案能夠在數(shù)天之內(nèi)完成全部安裝，而無(wú)需破墻或進(jìn)行昂貴的布線。

不過(guò)，在選擇正確的解決方案時(shí)必須謹(jǐn)慎而巧妙。以無(wú)線技術(shù)為例，首先是決定即將構(gòu)建的系統(tǒng)的種類(lèi)，是高端消費(fèi)電子產(chǎn)品（如照明控制系統(tǒng)）還是低端商品（如無(wú)線鼠標(biāo)），這將為決策（比如采用單向無(wú)線協(xié)議還是雙向無(wú)線協(xié)議）提供幫助。其次，無(wú)線協(xié)議應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)單，以造就一種簡(jiǎn)易型學(xué)習(xí)曲線和具有適當(dāng)代碼空間的實(shí)現(xiàn)方案。

選擇微控制器

下一步的工作是選擇微控制器。首先要做的就是選擇一個(gè)集成了無(wú)線通信電路的微控制器。此外，還有多個(gè)因素需要加以考慮。

（1）微控制器可擴(kuò)縮性：選擇一個(gè)能夠讓您在閃存容量、I/O以及各種模擬和數(shù)字元件方面進(jìn)行擴(kuò)縮的微控制器系列。當(dāng)您在應(yīng)用中兼顧溫度檢測(cè)和電壓排序時(shí)，選擇混合信號(hào)陣列不失為明智之舉。

（2）工具箱集成：理想的模式是使無(wú)線通信電路成為一個(gè)用戶模塊/程序庫(kù)，這有望簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)環(huán)境中的無(wú)線電通信開(kāi)發(fā)。設(shè)計(jì)者軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境應(yīng)基于GUI，并具有簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊“n”選項(xiàng)。它應(yīng)該提供采用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言進(jìn)行編碼的靈活性，并在設(shè)計(jì)的調(diào)試中使用事件觸發(fā)機(jī)制和多個(gè)斷點(diǎn)。

（3）縮減設(shè)計(jì)時(shí)間：先進(jìn)和抽象等級(jí)更高的工具箱可以在不需要采用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言的水平上完成設(shè)計(jì)。這將使得設(shè)計(jì)者能夠把精力集中在采用一個(gè)系統(tǒng)來(lái)創(chuàng)建定制解決方案。如果該工具能夠生成數(shù)據(jù)表、電原理圖和材料清單，總設(shè)計(jì)周期將從數(shù)周或數(shù)月縮短至幾個(gè)小時(shí)！

硬件

除了單獨(dú)的微控制器和無(wú)線電通信芯片之外，分立型多芯片解決方案通常還需要增設(shè)外部元件。這使得設(shè)計(jì)的尺寸和成本有所增加。通過(guò)采用集成解決方案，設(shè)計(jì)方案可以實(shí)現(xiàn)極小的尺寸、更低的功耗和成本以及更短的開(kāi)發(fā)時(shí)間。圖1示出了一個(gè)具有集成2.4GHz無(wú)線電通信電路的8位微控制器的方框圖。我們注意到，由于兩塊芯片實(shí)現(xiàn)了集成，因此微控制器和無(wú)線電通信電路之間的接口是全內(nèi)置型的，從而減少了所需的外接引腳數(shù)量，或者可以把外接引腳解放出來(lái)而使之成為通用I/O引腳（而不是供無(wú)線電通信接口專(zhuān)用）。

圖1具有集成無(wú)線電通信電路的微控制器方框圖

固件

集成解決方案能夠利用微控制器與無(wú)線電通信電路之間的緊密耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)一種用于無(wú)線接入的易用型固件程序庫(kù)。有些解決方案甚至提供了一個(gè)完整的協(xié)議棧，用于在設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)完善的雙向鏈接。通過(guò)提供一個(gè)專(zhuān)為特定的無(wú)線電通信電路和微控制器而定制的完整協(xié)議棧，這些解決方案使得可以輕而易舉地在兩個(gè)或更多的設(shè)備之間建立連接。采用一個(gè)簡(jiǎn)單的API來(lái)與無(wú)線電通信電路相配合。在建立了連接之后，協(xié)議將把信息包發(fā)送至目標(biāo)設(shè)備，并在檢測(cè)到錯(cuò)誤的情況下重新發(fā)送信息包。如果失去了與目標(biāo)設(shè)備的連接，協(xié)議將重新建立該連接，或者找到另一條通往目標(biāo)設(shè)備的路線。圖2給出了一個(gè)在無(wú)需增加設(shè)計(jì)工作量的情況下處理無(wú)線連接的建立、提供可靠的信息包傳送和抗干擾性能的協(xié)議狀態(tài)機(jī)實(shí)例。這使得設(shè)計(jì)者能夠把無(wú)線鏈接作為一個(gè)有線串行總線（比如SPI、UART或I2C）來(lái)處理。

圖2協(xié)議狀態(tài)機(jī)實(shí)例

系統(tǒng)

隨著無(wú)線電通信電路與微控制器的集成，制作可放置于住宅的每間屋子里的小型溫度傳感器、讓每個(gè)傳感器定期將其所在位置的溫度報(bào)告給主溫度調(diào)節(jié)裝置（以實(shí)現(xiàn)更加精確的居室供暖和空氣調(diào)節(jié)控制）如今已是一件微不足道的小事情。

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