目录

  • 1 课程简介
    • 1.1 课程简介
    • 1.2 课程标准
    • 1.3 职业证书对接
    • 1.4 课程分工
  • 2 数据采集
    • 2.1 数据采集之数字量传感数据采集
    • 2.2 数据采集之模拟量传感数据采集
    • 2.3 数据采集之模拟量转换为数字量
    • 2.4 数据采集之开关量传感数据采集
  • 3 STM32微控制器基本外设应用开发
    • 3.1 STM32基础知识
    • 3.2 任务1 开发环境搭建和工程建立
    • 3.3 任务2 LED流水灯应用开发
    • 3.4 任务3 按键控制LED灯亮灭
    • 3.5 任务4 串行通信控制LED流水灯应用开发
    • 3.6 任务5 电池电量检测应用开发
  • 4 RS-485总线通信应用
    • 4.1 RS-485基本知识
    • 4.2 RS-485通信协议及网关通信协议
    • 4.3 Modbus通信协议
    • 4.4 任务1 案例分析及工程代码编写
    • 4.5 任务2 系统搭建及云平台项目创建
  • 5 CAN总线通信应用
    • 5.1 CAN总线基本知识
    • 5.2 CAN通信帧
    • 5.3 CAN控制器和收发器
    • 5.4 任务1 案例分析及工程代码编写
    • 5.5 任务2 系统搭建及云平台项目创建
    • 5.6 任务3 CAN通信数据抓包与解析
  • 6 BasicRF的无线通信应用
    • 6.1 BasicRF基础知识
    • 6.2 任务1创建工程项目
    • 6.3 任务2 温湿度节点数据采集
    • 6.4 任务3 火焰节点数据采集
    • 6.5 任务4 传感器节点组网
    • 6.6 任务5 传感数据汇聚
  • 7 WiFi数据通信
    • 7.1 WI-FI基础知识
    • 7.2 使用AT指令配置WI-FI工作模式
    • 7.3 WI-FI接入云平台
  • 8 NB-IoT联网通信
    • 8.1 NB-IoT技术简介
    • 8.2 利尔达NB-IoT模组介绍
    • 8.3 任务1 “智慧路灯”AT指令代码编写
    • 8.4 任务2.烧写智能路灯
    • 8.5 任务3NB-IoT接入云平台
  • 9 LoRa 通信技术
    • 9.1 基础知识
    • 9.2 项目分析与LoRa驱动移植
    • 9.3 任务2 LoRa温湿度传感器节点应用程序开发
    • 9.4 任务3 LoRa光照传感器节点数据采集
    • 9.5 任务4 LoRa网关节点汇聚传感器数据
    • 9.6 讨论
WI-FI基础知识
  • 1 知识介绍
  • 2 PPT
  • 3 教学视频
  • 4 章节测试
  • 5 长征精神
  • 6 教案

1. WI-FI技术简介

1.1 WI-FI的概述

WI-FI 是无线保真的缩写,它的英文全称为 Wireless Fidelity。

WI-FI在无线局域网范畴是指“无线兼容性认证”,实质上是一种商业认证,同时也是一种短距离无线联网技术。而之前章节中介绍过其他的短距离无线联网技术,分别是Zigbee和蓝牙,都属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。

1.2 WI-FI与蓝牙技术对比

WI-FI技术与蓝牙技术有一定的区别,区别如下:

  1. 同蓝牙技术相比,WI-FI技术具备更高的传输速率,更远的传播距离。WI-FI的实际传输速率可达150Mbps,而蓝牙连接的实际传输速率只能约等于768Kbps。WI-FI的通信距离更是可以达到蓝牙通信距离的十倍不止。

  2. W-IFI可以穿墙但是蓝牙不可以穿墙。所以,现在大多数的实际应用场景下,均为WI-FI全覆盖而不是蓝牙全覆盖。

  3. 通过连接WI-FI可以直接访问网络资源,但是蓝牙连接只能进行简单的已有资源传输。

    综上所述,WI-FI的使用面更广阔,蓝牙太局限。那么WI-FI技术与蓝牙技术的区别如表6-1所示:

6-1WI-FI技术与蓝牙技术对比表


WI-FI技术

蓝牙技术

传输速率

实际速率可达150Mbps

传输速率约768Kbps

通信距离

100米

10米以内

是否可以穿墙

可以

不可以

是否可以直接访问网络资源

可以

不可以


1.3 WI-FI技术的实际应用场景

WI-FI技术已经广泛应用于手机、手表、电脑、汽车等各种领域,如图6-1所示。

6-1


6-1WI-FI技术的实际应用场景


1.4 WI-FI技术的发展历史

WI-FI是无线局域网(WLAN)的一个标准,最早的无线局域网可以追溯到上个世纪 70 年 代,基于 ALOHA 协议的 UHF 无线网络连接了夏威夷岛,是现在无线局域网的一个最初版本。 随后的 1985 年美国联邦通信委员会制定了现在广泛使用的免费 WI-FI频段,和微波炉频率相同。

1991年 NCR 公司和 AT&T 公司发明了现在广泛使用 WI-FI 的标准的 802.11 的前身,用在收银系统,名字为 WaveLAN。澳大利亚的天文学家 John O’sullivan 和他的同事开发了 WI-FI 技术的关键专利,起初使用在 CSIRO (公共健康科学和工业研究组织)的项目上。

1997 年发布了基于 802.11 协议的第一个版本,提供 2Mbit/s速率,在 1999 年提高到 11Mbit/s, 使用价值大大提高,随后 WI-FI得以快速发展。

1.5 主流的WI-FI标准

主流的WI-FI标准是802.11b(1999)、802.11g(2003)、802.11n(2009)、802.11ac (2013)和 802.11ax(2017)。他们之间是向下兼容的,旧协议的设备可以连接到新协议的AP,新协议的设备也可以连接到旧协议的 AP,只是速率会降低。802.11b 和 802.11g 都是较早的标准,802.11b 最快只能到11Mbps,802.11g 最快能达到 54Mbps。802.11n 的速率理论最快可以达到 600Mbps,802.11ac 理论最快可以达到 6.9Gbps,802.11ax 理论最大速率 10Gbps 左右,单用户速率提高不多,它的优势是在多用户,高并发场合提高传输效率。与有线全双工以太网的区别是,WI-FI 的速率是包含上下行的,就是上下行加起来的速率。

值得注意的是,以上速率是理论的物理层传输速率,必须满足最大传输频道带宽下发射接收都达到最大空间流数 (多天线输入输出),这个条件一般情况无法达到。

1.6 WI-FI的组网结构

WI-FI有两种组网结构:一对多(Infratructure模式)和点对点(Ad-hoc模式,又称IBSS模式)。最常用的 WI-FI组网结构是一对多结构的。一个 AP(接入点),多个接入设备。例如,无线路由器其实就是路由器+AP模式。除此之外,WI-FI 还可以点对点连接。例如,两个笔记本可以用 WI-FI 直接连接起来不经过无线路由器。

1.7 WI-FI的频道

2.4G 的 WI-FI划为 14 个频道,每个频道带宽 20-22Mhz,不同的调制方式带宽稍微不同。每个频道的间隔为 5M,相邻的多个频道是有干扰的,相互没有干扰的只有 1,6, 11,14 或者 1,5,9,13(如图6-2所示)。这也是为什么在有多个 Wi-Fi 热点的地方会上不了网,或者非常慢。

现在无线路由器都有手动设置频道的功能,如果在家使用无线路由器最好设置到一个和附近的其他 WI-FI 信号不同的最好是间隔比较远的频道。

6-2


6-2WI-FI频道


1.8 WI-FI的常见加密方式

常用的WI-FI 加密有 WEP,WPA,WPA2。WEP 安全性太差基本上被淘汰了。目前 WPA2 是 被业界认为最安全的加密方式。WPA 加密是 WEP 加密的改进版,包含两种方式:预共享密钥 (PSK)和 Radius 密钥。其中预共享密钥(PSK)有两种密码方式:TKIP 和 AES,相比 TKIP, AES 具有更好的安全系数。WPA2 加密是 WPA 加密的升级版,建议优先选用 WPA2-PSK AES 模 式。WPA/WPA2加Radius密钥是一种最安全的加密类型,不过由于此加密类型需要安装Radius 服务器,一般用户不容易用到。

2. ESP8266 WI-FI通讯模块简介

2.1 WI-FI通讯模块概述

WI-FI 通讯模块使用的是 ESP8266 芯片,该芯片最多的特点是性价比高。ESP8266 是一个完整且自成体系的 WI-FI网络解决方案,能够搭载软件应用,或通过另一个应用处理器卸载所有 WI-FI 网络功能。

2.2 ESP8266芯片的特点

  1. ESP8266 具有强大的片上处理和存储能力,可以通过GPIO口集成传感器及其他应用的特定设备,实现最低的前期开发和运行中最少地占用系统资源。

  2. ESP8266 高度片内集成,包括天线开关、电源管理转换器,因此仅需极少的外部电路,且包括前端模块在内的整个解决方案在设计时将所占 PCB 空间降到最低。

  3. ESP8266 配套有一套软件开发工具包(SDK),该 SDK 为用户提供了一套数据接收、发送 的函数接口,用户不必关心底层网络,如 WI-FI、TCP/IP 等的具体实现,只需要专注于物联网上层应用的开发,利用相应接口完成网络数据的收发即可。

3. ESP8266 WI-FI通讯模块工作模式

3.1 ESP8266 WI-FI通讯模块工作模式简介

ESP8266 WI-FI通讯模块支持三种工作模式分别为station、soft-AP、station+soft-AP模式。

3.2 soft-AP模式

ESP8266工作于soft-AP模式时,相当于一个路由器,其他的WI-FI设备可以连接到该热点AP进行WI-FI 通信,这种设备模式用在主从设备通信的场景中,被配置为AP热点的 WI-FI通讯模块作为主机。

3.3 station模式

ESP8266工作于station模式时,相当于一个客户端,此时 WI-FI 通讯模块会连接到无线路由器,从而实现WI-FI通信。这种模式主要用在网络通信中。

3.4 station+soft-AP模式

ESP8266工作于station+soft-AP模式时,WI-FI通讯模块既当作无线AP热点,又作为客户端,结合上面两种模式的综合应用,一般可应用在需要网络通信且在主从关系中的主机,从而实现组网通信。