WiFi智能燈泡方案

ATBM6441是高拓訊達(dá)公司新一代支持1T1R IEEE802.11b/g/n協(xié)議的低功耗Wi-Fi芯片。在上一代芯片的基礎(chǔ)上，增加了更多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的外設(shè)接口，同時(shí)增大RAM空間，降低休眠功耗，更適合應(yīng)用于電池供電的產(chǎn)品中。

ATBM6441集成了低功耗MCU處理器，可獨(dú)自實(shí)現(xiàn)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)功能，內(nèi)置2Mbytes SPI Flash存儲(chǔ)器，為嵌入式FreeRTOS系統(tǒng)提供高速緩存。為客戶提供一套具有卓越性能，高可靠性和超長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間的Wi-Fi技術(shù)方案。

這里演示一下透過(guò)ATBM6441 MCU PWM來(lái)控制一個(gè)LED燈泡，實(shí)作一個(gè)簡(jiǎn)單的WiFi智能燈泡方案。

設(shè)計(jì)理念:

燈泡透過(guò)ATBM6441 WiFi的功能連上WiFi AP來(lái)存取網(wǎng)際網(wǎng)路。在ATBM6441中包含阿里云SDK可直接連上阿里云，完成provision之后就可以透過(guò)APP來(lái)控制燈泡的開關(guān)以及進(jìn)階的應(yīng)用。

組件：

燈泡: LED 燈泡，包含R G B WW WC 等控制信號(hào)輸入。

無(wú)線模組 : ATBM6441啰。我們利用Altobeam的EVB來(lái)使用。

ATBM6441與燈泡的接線如下。 因?yàn)槲覀兪褂肦GB來(lái)控制，所以直接把WW,WC都固定PULL UP。

阿里云：利用阿里云的IoT 平臺(tái)，來(lái)作遠(yuǎn)端調(diào)適。

云智能APP:：使用云智能APP來(lái)作WiFi autoconfig的設(shè)定。

PCB 設(shè)計(jì)確認(rèn)清單:

• 天線射頻設(shè)計(jì)規(guī)范

天線射頻走線的參數(shù)，必須遵守50ohm阻抗的微帶設(shè)計(jì)規(guī)范。射頻走線不要太細(xì)，考慮到加工精度，PCB加工后射頻阻抗應(yīng)該控制在40ohm到60ohm之間。下圖是走線設(shè)計(jì)范例。

上圖中，射頻線要畫在表層，鄰近的一層則為GND層。

W:表層的線寬

S:走線和銅箔之間的凈空距離

H:表層和鄰近GND層的間距

天線射頻走線盡可能短且走直線，如果必須拐彎，請(qǐng)使用135度角或者弧形走線方式。射頻走線下方需要有未被分割開的完整平面。

• 前端射頻匹配電路

射頻匹配電路推薦由4個(gè)器件組成拍 π型電路。如下圖所示，這些匹配砌件需要盡量靠近Wi-Fi芯片。針對(duì)不同的設(shè)計(jì)，器件參數(shù)都需要進(jìn)行微調(diào)。為了加強(qiáng)ESD保護(hù)，建議可以在靠近天線端加一個(gè)0402封裝的ESD保護(hù)器件。

注意:需要在表層的射頻微帶線兩側(cè)加強(qiáng)GND屏蔽，同時(shí)盡可能多放一下過(guò)孔和下層的地平面連接。最佳的PCB設(shè)計(jì)方案是在射頻線，電源線，PWR_ON控制信號(hào)線和晶體附近增加GND屏蔽，同時(shí)GND屏蔽上要多放一些過(guò)孔。

如果射頻前端需要兼容IPEX座設(shè)計(jì)，IPEX座需放在天線端口和π型匹配件之間，射頻線盡量短。

• E-PAD 接地焊盤上的過(guò)孔

為了增強(qiáng)E-PAD的接地和散熱性能，推薦使用4*4 + 3*3的過(guò)孔，工藝允許的話建議6*6個(gè)陣列地過(guò)孔。如果過(guò)孔過(guò)少會(huì)直接影響射頻性能和芯片工作時(shí)的溫度。

• 電源管腳的去耦電容

每個(gè)電源管腳附近推薦放一個(gè)去耦電容，而且去耦電容的位置必須放置在芯片管腳和過(guò)孔之間。如果去耦電容的GND焊盤需要通過(guò)過(guò)孔連接下層的GND，過(guò)孔需要放置在GND焊盤附近。 

• 電源線的設(shè)計(jì)規(guī)范

不要使用太細(xì)的電源線，電源線推薦使用和芯片一樣寬度(10+/-1 mil)的走線。Pin#37 是PA供電管腳，電流比較大，此管腳的電源走線建議加粗到15~20mil，如果此電源線需要打過(guò)孔，需要12mil以上的過(guò)孔或者2個(gè)電源過(guò)孔，防止因過(guò)孔限制電流。DC/DC 等電源模塊盡量遠(yuǎn)離射頻走線和晶體，避免開關(guān)電源噪聲對(duì)于射頻輸入和晶體時(shí)鐘的干擾。

• 晶體布局布線

不要在晶體下面走信號(hào)線，尤其不能走PWR_ON線。

阿里云設(shè)定:

在阿里云注冊(cè)一個(gè)免費(fèi)帳號(hào)，進(jìn)入企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的控制臺(tái)，按照阿里云內(nèi)的說(shuō)明新增一個(gè)產(chǎn)品。我這里建立了一個(gè)名為bulb的產(chǎn)品。這個(gè)時(shí)候會(huì)得到一個(gè)ProductKey。

之后查看bulb的內(nèi)容，可以看到這個(gè)產(chǎn)品的一些描述，以及可以支援的功能。這里加一個(gè)RGB自定義功能，可以用來(lái)調(diào)整燈光。默認(rèn)是有一個(gè)開關(guān)的功能。

然后新增幾個(gè)bulb設(shè)備。

這樣每個(gè)device 我們可以得到一組DeviceSecre。 接著每一組DeviceSecre轉(zhuǎn)成json的格式備用。范例如下

{"product_key":"gxk7pXvSAPr", "device_name":"bulb_test1", "device_secret":"ea34368906bd67d0b98d1830c9801600"}

這樣阿里云的基本設(shè)定就算是完成了。

Altobeam Iot SDK for ali

使用atbm6441_iot_sdk_for_hera_v0.2.2_ali 參考default的設(shè)定，make all 后將產(chǎn)出的 fw_update1.bin, fw_update2.bin 燒入到ATBM6441_EVB_Board上。

之后再把一組DeviceSecre也寫入。

這樣基本上就可以了。


WiFi AutoConfig:

Device以及Cloud都設(shè)定好之后，那么燈泡要怎么透過(guò)WiFi連線上網(wǎng)呢? 在Altobeam的IoT Firmware中有支持WiFi AutoConfig的功能。透過(guò)開關(guān)燈泡3次來(lái)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入autoconfig 模式，這個(gè)時(shí)候燈泡就會(huì)一閃一閃。接著利用云智能APP就可以把燈泡的WiFi給設(shè)定好，然后燈泡就會(huì)自動(dòng)連上設(shè)定好的WiFi AP了。至于詳細(xì)怎么操作，就自行下載APP ，照著APP內(nèi)說(shuō)明執(zhí)行就行了。

阿里云調(diào)試:

當(dāng)燈泡連上網(wǎng)路之后，aliyun sdk會(huì)自行連上阿里云，此時(shí)我們?cè)俣却蜷_阿里云的控制平臺(tái)就可以看到裝置上線了。

然后就可以在線調(diào)試?yán)瞺 這里可以看到屬性調(diào)試中，有我們之前定義的功能: RGB 以及開關(guān)。當(dāng)然，若能在云智能APP中新增裝置成功的話，也可移直接用APP來(lái)對(duì)燈泡進(jìn)行遠(yuǎn)端操作的。

這樣是不是很簡(jiǎn)單。


結(jié)語(yǔ)：

ATBM6441 是一款高集成度的Wi-Fi芯片。包含低功耗處里器和Wi-Fi MAC層、1T1R Wi-Fi 基帶、射頻前端電路、Wi-Fi協(xié)議加速器、SDIO接口等其他通用外圍接口以及電源管理子系統(tǒng)。可獨(dú)自實(shí)現(xiàn)Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)功能，降低物料成本。本W(wǎng)i-Fi智能燈泡方案，即是一種Hostless的應(yīng)用，利用ATBM6441就可以獨(dú)自完成，電路的設(shè)計(jì)就變得很簡(jiǎn)單，而且SDK中已經(jīng)整合好aliyun所需的lib，能大大縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)程。

?場(chǎng)景應(yīng)用圖

?產(chǎn)品實(shí)體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?Altobeam ATBM6441 system block

?核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

· WiFi AutoConfig

· 1T1R IEEE802.11b/g/n

· 低功耗WiFi芯片

· 2M bytes internal SPI Flash

· FreeRTOS

· Aliyun sdk support

?方案規(guī)格

Altobeam 6441 LED bulb light model