物联网培训教程 无线通讯之RF-433M-2.4G/GPRS 郭向亮 2014-07-23.

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1 物联网培训教程 无线通讯之RF-433M-2.4G/GPRS 郭向亮

2 第一节：RF-433M无线通讯 RF定义以及常用433M芯片 1 RF-433M-ADF7020 无线芯片 2 3 无线通讯模块分类与应用

3 2017/3/17 1.1 RF简介 射频（RF）是Radio Frequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHz～300GHz之间。射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称 。 每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。高频(大于10K)；射频（300K-300G）是高频的较高频段；微波频段（300M-300G）又是射频的较高频段。 在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。在电磁波频率低于100khz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频；射频技术在无线通信领域中被广泛使用，有线电视系统就是采用射频传输方式

4 1.2 射频的几个关键词 3 2、增益（dB）即放大倍数，单位可表示为分贝（dB） 1、功率/电平（dBm）
2017/3/17 1.2 射频的几个关键词 3 1、功率/电平（dBm） 放大器的输出能力，一般单位为w、mw、dBm ，关于他们之间的转化 可以参考一个表格， 功率越大距离越远，越费电。 2、增益（dB）即放大倍数，单位可表示为分贝（dB） 注：dBm是取1mw作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。换算公式： 电平（dBm）=10lgmw 5W → 10lg5000=37dBm 10W → 10lg10000=40dBm 20W → 10lg20000=43dBm 从上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加3dB 即：dB=10lgA（A为功率放大倍数） 3．插损：当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用dB表示。 4．选择性：衡量工作频带内的增益及带外辐射的抑制能力。-3dB带宽即增益 下降3dB时的带宽，-40dB、-60dB同理。

5 1.2 RF-433M常用芯片 芯片型号 SI4432 CC1101 NRF905 A7102 A7108 输出功率 20dBm 10dBm
芯片型号   SI4432   CC1101   NRF905   A7102   A7108   输出功率 20dBm 10dBm  10dBm 15dBm  20dBm  功耗 TX:85mA RX:18.5m A TX:30mA RX:15mA TX:30mA RX:12.5mA TX:43mA RX:13mA  TX:75mA RX:13.5mA 程序难度   127个寄存器 SPI接口 63个寄存器  SPI接  15个寄存器  SPI接口  16个寄存器  SPI接口  16个寄存器  SPI接口 距离   1000米左右  300米左右 200米左右 400米左右 稳定性   一般 好 好  价格   26  23 29 19 22

6 1.4 SI4432 无线芯片 1 Si4430/31/32 ISM收发器Features 特点 频率范围
● 240–930 MHz (Si4431/32) 唤醒定时器 ● 900–960 MHz (Si4430) 自动频率校正(AFC)  灵敏度 = –121 dBm 上电复位(POR)  输出功率范围 分集式天线和TR开关控制 ● +20 dBm Max (Si4432) 可配置的数据包处理程序 ● +13 dBm Max (Si4430/31) 报头检测器  低功耗 TX(发送)和RX(接收) 64位堆栈 ● 18.5 mA 接收 低电池检测器 ● 30 mA 在+13 dBm发送时 温度传感器和8位ADC ● 85 mA 在+20 dBm发送时 –40~+85 °C 温度范围  数据速率 = 0.123~256 kbps 集成电压调整器  FSK, GFSK和OOK调制 调频功能  电源 = 1.8~3.6 V 片上晶体调谐  超低功耗关机方式 脚QFN封装  数字RSSI

7 1. SI4432 无线芯片 2 Si4430/31/32 应用 Remote control 遥控
 Home security & alarm 家庭安防和报警  Telemetry 遥测  Personal data logging 个人数据记录  Toy control 玩具控制  Tire pressure monitoring 轮胎压力监测  Wireless PC peripherals 无线PC外设 Remote meter reading 远程仪表读数  Remote keyless entry 远程无键输入  Home automation 家庭自动化  Industrial control 工业控制  Sensor networks 传感器网络  Health monitors 健康监控  Tag readers 标签读出器

8 1. SI4432 无线芯片 3 Si4430/31/32 封装

9 1. SI4432 无线芯片 4 Si4430/31/32 电路设计

10 1. SI4432 无线芯片 4 Si4430/31/32 电路设计

11 2. ADF7020 无线芯片 1 ADF7020 无线芯片特点 低功耗，低IF（中频抑制）收发器
频率范围：431Mhz~478MHz MHz~956MHz 支持的数据传输率0.15~200kbps，FSK ~64kbps，ASK 电源：2.3~3.6V 可编程输出功率：-16 dBm~+13dBm，步长值0.3dBm 接收器灵敏度： 1kbps、FSK传输时为-119dBm 9.6kbps、FSK传输时为-112dBm 9.6kbps、ASK传输时为-106.5dBm 低功耗：接收模式：19mA 发射模式：26.8mA(输出为10dBm) 高线性模式：-3dBm IIP3 片上VCO和小数N锁相环 片上7位模数转换器和温度传感器 全自动频率控制回路补偿容差较低的晶振：862 MHz ~956MHz时±25ppm或者431 MHz~478 MHz时±50ppm 数字RSSI 集成发送/接收转换器 待机模式漏电流小于1μA

12 2. ADF7020 无线芯片 2 ADF7020 应用 低成本无线数据传输 遥控/安全系统 无线测量 无键登录 住宅自动控制
加工和建筑控制 无线语音

13 2. ADF7020 无线芯片 3 ADF7020 引脚分布

14 2. ADF7020 无线芯片 4 ADF7020 应用电路

15 3. GSM与GPRS 1 GSM/GPRS定义 GSM是英文Global System for Mobile Communications的缩写，，也就是“全球移动通讯系统”，俗称"全球通"，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第2代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。 目前我国中国联通、中国移动各拥有一个GSM网，是世界最大的移动通信网络。 当然中国联通、中国移动、中国电信还各有一个第三代的CDMA网络，也就是3G，联通是WCDMA、移动是TD-SCDMA、电信是CDMA2000。这个网络要优于2G的GSM，但是CDMA在短期内还不会取代GSM。

16 3. GSM与GPRS 1 GSM/GPRS定义 GPRS: 通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。

17 3. GSM与GPRS 2 WCDMA 和CDMA 定义
WCDMA全名是WidebandCDMA，中文译名为“宽带分码多工存取”，它可支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供384Kbps的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2Mbps的传输速率。而GSM系统目前只能传送9.6Kbps，固定线路Modem也只是56Kbps的速率，由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。 CDMA是Code Division Multiple Access的缩写，被翻做码分多址。这是现代通信技术中用来实现信道共享的一种技术。 所谓信道，可以是电磁信号的一个特定频率区域，称为频带；也可以是信号的一个特定时间片段，称为帧。所谓信道共享，就是将同一个信道供多个用户同时使用并保证互不干扰。信道共享可以提高信道资源的利用率。

18 3. GSM与GPRS 3 GPRS数据传输 GPRS 系统是在 GSM 网络的基础上发展起来的数据传输网络，为了支持数据传输，GPRS在 GSM 系统中增加了很多支持节点。要使用 GPRS 进行数据传输，必须掌握 GPRS 的工作过程。 GPRS 数据网是在 GSM 系统的基础上增加了完成数据通信的功能实体构成的，这些改动具体包括：增加服务 GPRS 支持节（SGSN） 、网关 GPRS支持节点（GGSN） 、计费网关（CG）以及域名服务器（DNS）等，GPRS 与 GSM 共用基站系统，但是增加了数据包控制单元（PCU）并对基站子系统进行软件升级。 GPRS网络上可选择UDP与TCP传输协议

19 3. GSM与GPRS 4 UDP/TCP区别 UDP是一个简单的面向数据报的运输层协议：进程的每个输出操作都正好产生一个UDP数据报，并组装成一份待发送的IP数据报。UDP数据报封装成一份IP数据报的格式如图所示： UDP不提供可靠性连接：它把应用程序传给IP层的数据发送出去，但是并不保证它们能到达目的地。 UDP不提供可靠性连接：它把应用程序传给IP层的数据发送出去，但是并不保证它们能到达目的地。

20 3. GSM与GPRS 4 UDP/TCP区别 TCP向应用层提供与UDP完全不同的服务。TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。TCP将用户数据打包构成报文段；它发送数据后启动一个定时器，等待对端数据确认；另一端对收到的数据进行确认，对失序的数据重新排序，丢弃重复数据；TCP提供端到端的流量控制，并计算和验证一个强制性的端到端检验和。

21 3. GSM与GPRS 5 常用GSM/GPRS模块
现在无线模块品种众多，对于初次进行方案设计的人员来说，难以抉择。常规的无线模块分成GPRS、CDMA、GSM、EDGE等模块。其中有些模块是不带TCP/IP协议的。随着产业的发展和技术的进步，现在大多数无线模块都内置了协议。由于GPRS的网络分布更为广泛，大多数的客户倾向于选择使用GPRS模块。 西门子：MC MC39I、MC55I MC55I功能丰富、性能稳定 明基：BENQ的M23G、M32（M32已经停产） 华为：GTM900B模块性价比较高 摩托罗拉：G24 Simcom的：SIM900A/SIM908 、SIM320E（WCDMA）

22 3. GSM与GPRS 6 GPRS-DTU数据传输终端 GPRS DTU（GPRS数传单元，常称GPRS透传模块。
GPRS DTU 内部封装了完善的TCP/IP等协议栈，可为无线传输传输提供透明的TCP/IP通道。主要应用于工业领域，而GPRS modem通常要完成类似的功能必须借助于PC机的软件和硬件资源，如CPU、Memory和TCP/IP协议栈等，所以我们经常可以看到PC接一个无线的Modem来连接到外部的数据网。 GPRS DTU全称GPRS数据终端单元，在软件设计上，它封装了协议栈内容并且具有嵌入式操作系统，硬件上可看作是嵌入式PC加无线接入部分的结合, 用于串口数据可靠传输；

23 3. GSM与GPRS 6 GPRS-DTU数据传输终端 GPRS DTU（GPRS数传单元，常称GPRS透传模块。

24 3. GSM与GPRS 6 GPRS-DTU核心功能
1）内部集成TCP/IP协议栈 GPRS DTU内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式PC与无线GPRS MODEM的结合；它具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。 2）提供串口数据双向转换功能 GPRS DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式，而且GPRS DTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说GPRS DTU可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，GPRS DTU可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。

25 3. GSM与GPRS 6 GPRS-DTU核心功能 3）支持自动心跳，保持永久在线
GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备永久在线，因此典型的GPRS DTU在设计上都支持永久在线功能，这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线（当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与中心的连接，心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。 4）支持参数配置，永久保存    GPRS DTU作为一种通信设备，其应用场合十分广泛。在不同的应用中，数据中心的IP地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都应支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内（一般为FLASH或EEPROM等）。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。

26 3. GSM与GPRS 6 GPRS-DTU扩展功能 较为专业的GPRS DTU还提供一些扩展功能，
在工作方式上,GPRS DTU于GPRS MODEM的最大区别就是GPRS DTU内部CPU在主动进行控制拨号和处理TCP/IP协议包.而GPRS MODEM则是被动的,需要外部设备来进行拨号和进行TCP/IP协议包处理.

27 Thank You !