标签: Sub-G

应用案例分析： 针对在高速公路上货车行驶过程中收集 5 公里范围内的 GPS 定位数据，上报云服务器端，最终实时显示每一辆货车的运行轨迹，用户的项目需求如下： 200 辆货车（无线从站节点），要求很高的实时性，每秒发 5 包，每个 GPS 定位数据报文 30 个字节，这样 200 辆车同时上报每秒需要发送 30K 的字节（ 200 x 5 x 3 0 =30K 字节）， 30K 字节 x 8bit=240 k bps 速率。 这就意味着上行传输（无线从站节点向无线基站传输数据）需要 240K bps 速率，在 5Km 范围内提供 240K bps 速率，还要考虑项目预算，就有一定的技术难度。 下面随我们一起探讨一下 LoRa 技术，带自组网技术、普通的单载波技术能否满足用户的上述需求？ 采用 LoRa 技术，无线通信距离可以做到 5Km ，但是只能提供 0.3k bps 码流，远远达不到 240K 的带宽，不能满足用户高速率、远距离、实时传输的需求。 采用宽带自组网技术，可以很轻松的做到 2M 的码流，但是接收灵敏度只有 -95 dBm ，故无线通信距离只能做到 1.5Km ，也不能满足用户高速率、远距离、实时传输的需求。 采用普通单载波技术，可以借助接收放大器和发送放大器是可以实现 5Km 的通信距离，单载波的传输速率最多也只能做到 100K bps 。也不能满足用户高速率、远距离、实时传输的需求。 采用单载波并联技术，在 433MHz 频带上，在 100k bps 速率下接收灵敏度可以做到 -105 dBm ，单个射频模组可实现 5Km 的传输距离，如下图所示，采用一台汇集无线基站 +1 台扩展无线基站 -1+1 台扩展无线基站 -2 并联的方式，就可实现 12 个射频模组并联运行。 1 个射频模组的速率是 100K bps ， 12 个射频模组并联后可提供 1.2M bps ，这就实现了大于 240K bps 的传输速率。 单载波并联技术方案同时兼顾到了无线通信距离和传输速率两个方面，此方案在整体解决方案上相比于 4G 专网的解决方案，在成本上具有非常明显的优势，极大的满足了用户的需求 单载波并联技术方案的优势： 1 、距离远 无线通信距离 5Km （空旷环境，玻璃钢天线架高 7m ） 2 、速率高 可实现 1.2M bps 的传输速率 3 、实时性高 无线网络实时性高。 4 、成本低 相对 4G 专网技术，整套无线通讯方案的成本较低 5 、便捷 用户安装操作简单。

很多客户反映无线电通信中的电磁波干扰，看不见，摸不到，也无法呈现，有时会碰到这样的问题：同一组设备、在相同的环境中，有的时间段无线通信很好，有的时间段突然无线通信的信号质量严重下降，这个是怎么回事？ 由于目前市面上的无线电通信设备种类很多， WiFi ， ZigBee ， LoRa ，对讲机，无线电台等等，电磁波环境是复杂和多样的，作为厂家我们是无法完全模拟用户的现场环境，用户是可以通过“ WiMi-net 无线自组网管理平台”软件（下载中心），去定位问题，再去解决这个问题。 无线通信中有第三方无线电设备电磁波干扰排查办法： 在“ WiMi-net 无线自组网管理平台”软件的“信道部署”页面点击“自动搜索”就可以搜索电磁波噪声，观察本底噪声（包括平均底噪和极大底噪）。一般在无干扰环境中，平均底噪数值在 -105dBm 附近，极大底噪不超过 -95dBm 。如果这个数值，比无干扰情况下，高出 10dBm 就说明附近有比较强的干扰。 如果第三方设备电磁波干扰排除后， 搜索出数值后，先选择“平均底噪”最小的，“平均底噪”越小的外界干扰越少，如果挑选出的最小“平均底噪”相同，那么就选择“最大底噪”最小的，“最大底噪”越小的外界干扰越少。尽量按照这种方式选择无线产品的工作信道，避免外界信号的干扰。如下图无线主站 0XB9C2, 选择平均底噪最小的“ -111dBm ”就是“ 0 ”频带的“ 4 ”信道是最优信道。 这种查找的办法，具有通用性，只要有无线发射行为，都可以检测出来，与电磁波的频率和信号格式均无关。

无线电子打靶的主要部分是激光枪和安装有几百甚至上千个激光传感器的电子靶。这是完成整个无线打靶应用的基础。 无线电子靶通常由激光电子靶上面的激光传感器、中央处理器、无线通讯单元、电池组四个部分组成。电子靶的激光面板通常会按照显示器的原理，将激光传感器均匀分布在由若干行和列组成不规则矩阵的节点上，然后将这些传感器的电端口连接到具有硬实时采集能力的 FPGA 芯片上，由 FPGA 芯片实时监测成百上千个激光探头的输出信号。 当射击人员进行射击的时候，激光枪会发射出激光束，一旦“击中”靶子，靶子上会有相应的某个激光传感器会检测到激光信号，此时传感器的电气端口会将送出 2.4Kbps 的低速脉冲信号，该信号会被硬件编码的 FPGA 芯片进行解码，最后汇总给中央处理器，中央处理器再通过射频通讯单元将环数信息传递给打靶的枪手，实现实时的报靶通讯。 在完成一次电子射击之后，枪支控制器会启动计时，等待靶子处理器报告打中的环数，如果超出一定时间仍然没有收到汇报，则判定为脱靶。如果收到了则语音报靶说打中几环。 电子打靶弥补了传统打靶中成绩无法实时传递、记录、汇总的尴尬，其技术根本是基于无线传输的快速、精准、可靠。电子打靶免去了打靶中的弹药和靶位损耗，并且电子打靶中没有实体的枪械和弹药，整个过程是无线通讯激光打靶，对场地人员不存在人身危险。也正因为电子打靶技术在该应用中的优势，让无线通信技术在特种行业打靶中得到广泛的应用。

电子墨水屏是近些年由台湾 eInk 公司发展起来的一种超低功耗的数字显示技术，不同于传统的 LCD ， LED 等主动发光的电子屏幕技术，墨水屏是一种被动式发光技术，这种屏幕仅在画面刷新过程中消耗很低的电流，在刷新完成之后屏幕完全不需要电力供应，可以实现零功耗。 基于这个原理，电子价签的整体功耗很低，通常单个价签只需要安装两节 CR2032 的纽扣电池就可以工作 3-5 年时间，大大的方便了该系统的安装，运行和维护。目前电子价签已经从商超零售行业逐步向教育，电子医疗，仓储物流，会议桌牌等领域快速推广，在智能制造的工业领域已经有很大的增长。 工业场所对于产品的稳定性，可靠性和电池寿命要求很高，因此工业级的电子墨水屏产品需要在每一个环节做出非常严格的设计，下面我们看看 WiMi-net 微网高通在产品设计之初是如何选择 CPU 处理器的？ WiMi-net 微网高通电子墨水屏是主要由 CPU 处理器，射频芯片和墨水显示屏这三个部分组成（如下图所示）。在休眠状态下，墨水显示屏的电源是被关闭的，因此此时的系统耗电只有两个部分，分别是 CPU 处理器和射频芯片。为了尽可能延长电池的待机时间，就需要选择一款超低功耗的处理器和射频芯片。 一款寿命长的电子墨水屏标签应该如何选择 CPU 处理器呢？ 功耗低 目前在低功耗的 CPU 处理器领域，美国 Silicon Labs 是一个重要的厂家，其 EFM32 系列的处理器拥有远超同行的低功耗特性。 该处理器从设计定位上就是能量友好型的，和业界同行相比，其技术指标十分优秀，休眠电流 <1 μ A ，唤醒时间 2 μ s ，运行功耗 114 μ A/MHz ，有效减少了信息处理的时间，这些技术指标刚好就是电子价签产品需要关注的几个核心指标。 除了上面关于 CPU 处理器的核心指标之外，相比 ST 、 Atmel 、 freescale 、德州仪器 TI 、 MICROCHIP 这些厂家， Silicon Labs 还有一些其他的更进一步的低功耗指标，可以参考下图： 因此在电子墨水屏标签的处理器的选择上， WiMi-net 微网高通选择了 Silicon Labs 的低功耗 32 位处理器。 Flash+RAM 容量大 Silicon Labs 的低功耗处理器不仅功耗低，而且该厂家的处理器的 Flash 和 RAM 容量也非常适合墨水屏电子标签的远程无线升级和图片处理的需求。采用 128KB 的 Flash 容量 + 16KB 的 RAM 容量的低成本处理器型号，足以运行一个支持 OTA 无线升级功能的。 该图是电子墨水屏标签的整体软件功能架构图。从软件功能上主要是分为两个部分，一个部分是无线通讯的协议栈部分（左侧的蓝色部分），另外一个部分是墨水屏的驱动部分（右侧的黄色部分）。无线通讯的协议栈部分有计算密集型的 TCP 算法以及 纯软件实现的 MAC 层，对于处理器而言，需要比较高的指令开销；在墨水屏驱动部分，同样有类似于 WinRAR 功能的解压缩算法（ Volume decompressor ）以及 BMP 图像解码（ BMP File Parser ）等密集的计算需求，不过这对于一款高性能的 32 位 ARM 处理器而言，都是可以轻松胜任的。 目前市面很多的墨水屏都是基于 8051 单片机实现的，其 Flash 容量通常不超过 64KB ， RAM 大小不超过 4KB ， 8 位的内部数据总线，指令效率也比较低；硬件上较低的配置限制了很多实用性功能的技术实现，比如支持远程固件升级的 OTA （ Over The Air ） 技术；支持大尺寸屏幕的 TCP 传输技术，还有加快传输速度的文件 实时解压缩 技术；支持图片尺寸自适应的 BMP 文件格式解析技术等等。没有了这些高级技术特性的加持，墨水屏的整体性能，比如通讯距离，传输实时性，可靠性，电池寿命等核心指标难以获得实质性的提升。 需要额外补充的是， 32 位的 ARM 处理器通常具有较多外部通讯接口，比如 SPI 和 UART 。前者可以给墨水屏的模组提供独立的，非共享的高速硬总线，相比于软件模拟的写入时序，基于纯硬件实现的总线可以将写入速度提高 3.8 倍以上，进一步降低画面显示时间和系统的电池消耗，还可以降低屏幕的总线电容以及寄生静电效应；实际上采用某些特定 IC 驱动的 13.3 吋屏幕会要求独立总线，否则长时间运行会卡死总线。 多余的 UART 端口则可通过零成本的接口方式连接外部转接板，在 Windows 平台运行应用软件，可以实现对于墨水屏的参数配置，比如网络 ID 和产品密钥的修改。 支持 ADC 功能 电子墨水屏的一个基本功能需求就是持续的检测电池的电压，以此来判断电池是否有足够的电量支持系统继续运行， WiMi-net 微网高通是采用 CPU 处理器内置的 ADC 来实现该功能，通常情况下， 12 位的精度就足够了；另外为了给系统的稳定性做最后的兜底措施，硬件看门狗也是一个必须的选项。 综上所述，一款 32 位 的超低功耗 ARM 处理器在电子墨水屏标签的功能实现上，可以获得比 8051 处理器更低的功耗，更强大的功能，更好的图片适应性和更好的可管理性，是一个比较不错的选择。 WiMi-net 微网高通分享的低功耗处理器技术方面的经验，您觉得有用吗？欢迎大家在评论区点评。