連接到物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的設(shè)備數(shù)量每年呈指數(shù)級增長。推動這一增長的因素有多種，包括 Wi-Fi 在消費(fèi)者家庭和工作場所的普及、Wi-Fi 連接價(jià)格的下降以及消費(fèi)者期望更多的設(shè)備可以使用移動或桌面應(yīng)用程序進(jìn)行控制。

物聯(lián)網(wǎng)采用的基礎(chǔ)是連接性，特別是 Wi-Fi 模塊。因此，在開發(fā)自己的 IoT 項(xiàng)目時(shí)，確定最適合您的 IoT Wi-Fi 模塊至關(guān)重要。讓我們討論一下您在做出選擇時(shí)需要考慮的事項(xiàng)。

什么是物聯(lián)網(wǎng)WiFi模塊？

用于物聯(lián)網(wǎng)的 Wi-Fi 模塊主要有兩類：

• 一種“單一”模型，其中 MCU 在一個(gè)集成芯片上運(yùn)行 Wi-Fi 系統(tǒng)和主機(jī)處理器
• “主機(jī)處理器 + Wi-Fi 模塊”模型，其中模塊包含 Wi-Fi 堆棧，單獨(dú)的處理器運(yùn)行主機(jī)應(yīng)用程序

下一節(jié)提供了有關(guān)這兩個(gè)類別的更多詳細(xì)信息。這里我們主要關(guān)注第二類，因?yàn)檫@是商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目更常用的架構(gòu)。此類Wi-Fi模塊包含兩個(gè)主要硬件部分：

• Wi-Fi 片上系統(tǒng) (SoC)
• 外部主機(jī)處理器

Wi-Fi SoC 子系統(tǒng)包括集成無線電天線或用于外部天線的射頻 (RF) 連接器、802.11 功能以及具有安全加密功能的訪問控制功能。主機(jī)處理器包含 ROM、RAM 以及內(nèi)部或外部閃存。

此類模塊的電源管理子系統(tǒng)支持低功耗模式，并且還支持多種電源。模塊通常帶有一些輸入和輸出 (I/O)，例如定時(shí)器、通信接口等，以支持廣泛的應(yīng)用。然而，這些模塊通常沒有像真正的嵌入式 MCU 那樣多的 I/O，而真正的嵌入式 MCU 是專門為設(shè)備的主主機(jī)微控制器而設(shè)計(jì)的。因此，模塊最適合簡單、高度特定的用例，除非開發(fā)人員選擇將模塊與專用 I/O 芯片結(jié)合起來。然而，這會增加成本，使得帶有 I/O 芯片的模塊幾乎與常規(guī) MCU 一樣昂貴。

在軟件方面，物聯(lián)網(wǎng) Wi-Fi 模塊通常包含設(shè)備驅(qū)動程序（特定于設(shè)備硬件的專用軟件）、802.11 加密層以及管理和監(jiān)控實(shí)用程序。

使用物聯(lián)網(wǎng)WiFi模塊有哪些優(yōu)勢？

使用物聯(lián)網(wǎng) Wi-Fi 模塊極大地簡化了將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)的過程，因?yàn)槟梢允褂靡呀?jīng)設(shè)計(jì)和測試的現(xiàn)有非互聯(lián)網(wǎng) Wi-Fi 設(shè)計(jì)，只需在其上放置一個(gè) Wi-Fi 模塊即可。雖然可以擁有未預(yù)先安裝到模塊上的 Wi-Fi 芯片并將該芯片安裝到您的設(shè)備上，但您必須構(gòu)建自己的自定義實(shí)現(xiàn)，這意味著需要大量的額外時(shí)間和精力。

除此之外，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議涉及對分配給設(shè)備的主要任務(wù)的大量中斷，因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)信息包通常以相當(dāng)混亂的方式傳輸。有一個(gè)模塊來處理這個(gè)問題，而不必多次中斷核心系統(tǒng)，使得與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的進(jìn)程變得不那么麻煩并且更容易調(diào)試。

使用 Wi-Fi 模塊還有一個(gè)安全優(yōu)勢。由于主機(jī)系統(tǒng)和Wi-Fi模塊之間的連接通常是通過通用異步接收器-發(fā)送器（UART）等簡單技術(shù)進(jìn)行的，因此該模塊可以限制來自互聯(lián)網(wǎng)側(cè)的攻擊。換句話說，如果有人在 Wi-FiI 模塊上發(fā)現(xiàn)安全漏洞，他們可能能夠闖入該模塊，但主機(jī)系統(tǒng)可以應(yīng)用規(guī)則來處理或允許來自該模塊的命令。當(dāng)然，確保基本的 UART 命令協(xié)議沒有缺陷或容易受到攻擊也比確保完整的 Wi-Fi 和互聯(lián)網(wǎng)堆棧要容易得多，后者需要很多很多行代碼，因此破解以這種方式應(yīng)該很容易使幾乎不可能。

此外，大多數(shù)模塊都經(jīng)過相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)、測試和認(rèn)證，例如美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）。在歐盟，模塊必須遵守該地區(qū)的電磁兼容性 (EMC) 指令。因此，可以提供即插即用選項(xiàng)的模塊可以減少定制硬件開發(fā)的需求，從而實(shí)現(xiàn)更快的上市設(shè)計(jì)。

選擇 IoT Wi-Fi 模塊時(shí)需要考慮什么

制造商通常按各種參數(shù)列出模塊，包括它們運(yùn)行的射頻、數(shù)據(jù)速率（例如每秒字節(jié)數(shù)）、范圍和認(rèn)證。因此，根據(jù)滿足您的特定 IoT 需求的參數(shù)來過濾 Wi-Fi 模塊搜索非常重要。

以下是您需要考慮的一些最重要的參數(shù)

(1) 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)：

您必須做出的一個(gè)重要決定是模塊應(yīng)該是“單個(gè)”模塊還是“主機(jī)處理器+ Wi-Fi 模塊”模塊。

在“單一”模塊中，物聯(lián)網(wǎng) MCU在一個(gè)芯片中運(yùn)行 Wi-Fi 連接和主機(jī)計(jì)算。這種配置非常適合以小物理布局尺寸為主要優(yōu)先考慮的嵌入式設(shè)備，因?yàn)樗硕鄠€(gè)外部組件，這些組件現(xiàn)在全部集成到一個(gè)小型設(shè)備上。這有助于最大限度地減少材料清單和物理電路板空間，以適應(yīng)尺寸受限和成本優(yōu)化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。ESP32 、CC3200 和 SAMW25等一些 Wi-Fi 模塊非常適合此類 IoT 架構(gòu)。遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能安全系統(tǒng)、資產(chǎn)跟蹤和可穿戴設(shè)備是基于此架構(gòu)構(gòu)建的一些常見物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

在“主機(jī)處理器 + Wi-Fi 模塊”模型中，該模塊包含用于 Wi-Fi 連接的硬件，并由一個(gè)單獨(dú)的處理器運(yùn)行主機(jī)應(yīng)用程序。該架構(gòu)可將 MCU 上的 Wi-Fi 功耗降至最低，并簡化代碼開發(fā)工作，因?yàn)殚_發(fā)人員可以依賴預(yù)封裝的 Wi-Fi 堆棧。ESP8266 、CC3100等Wi-Fi模塊適合這種物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。家庭自動化、智能家電和智能電表等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是使用此類架構(gòu)的一些示例。

(2) Wi-Fi 協(xié)議支持：

IEEE 802.11 代表了全世界最常用的無線 LAN 標(biāo)準(zhǔn)系列。如今，802.11 系列中有許多標(biāo)準(zhǔn)在使用，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有不同的規(guī)范。選擇這些協(xié)議時(shí)需要考慮三個(gè)關(guān)鍵因素：數(shù)據(jù)速率、范圍和功率要求。802.11n、802.11ac 和 802.11ah 等協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是為物聯(lián)網(wǎng)多媒體應(yīng)用提供更快的數(shù)據(jù)速率。另外，802.11b/g 等協(xié)議具有降低功耗要求的優(yōu)勢。因此，最適合您的 IoT Wi-FI 模塊取決于您的 IoT 項(xiàng)目的需求和用途。

(3) 工作頻率：

IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)在不同的指定頻率范圍內(nèi)運(yùn)行，并分為多個(gè)通道。各國都有自己的規(guī)則和法規(guī)來確定這些頻段內(nèi)可以使用的用途、頻道和最大功率水平。如今，許多 Wi-Fi 模塊（例如 CC3235MOD、RS9113-N00-D0C-X68 等）都支持 5GHz 和 2.4GHz 兩種不同的頻率，從而為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供了更大的工作頻率靈活性，并提高了設(shè)備之間的互操作性和兼容性。各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)。

(4) 安全 Wi-Fi 支持：

如今，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩允且粋€(gè)重大挑戰(zhàn)。因此，在允許物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用 Wi-Fi 連接到網(wǎng)絡(luò)之前，確保 Wi-Fi 模塊支持所需的安全標(biāo)準(zhǔn)非常重要。所有最好的 IoT Wi-Fi 模塊都至少支持各種 Wi-Fi 安全標(biāo)準(zhǔn)之一，例如 Wi-Fi 保護(hù)訪問、Wi-Fi 保護(hù)設(shè)置等。每個(gè)安全標(biāo)準(zhǔn)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，因此選擇最適合您的安全需求的模塊非常重要。

(5) 硬件接口：

通常，Wi-Fi 模塊捆綁有許多不同的連接和接口選項(xiàng)，以滿足不同的需求。USB、SPI 或 SDIO 接口是支持高數(shù)據(jù)吞吐量應(yīng)用的首選。否則，典型的接口是通過 UART、I2C、I2S 或類似選項(xiàng)。

(6) 認(rèn)證：

不同的國家/地區(qū)都有自己的監(jiān)管認(rèn)證，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要進(jìn)入這些市場，就需要遵守這些法規(guī)。因此，對于商業(yè)應(yīng)用，選擇具有FCC或類似組織合規(guī)認(rèn)證的Wi-Fi模塊至關(guān)重要。

流行的物聯(lián)網(wǎng) Wi-Fi 模塊

市場上有許多來自不同制造商的 Wi-Fi IoT 模塊。每個(gè)模塊都有不同的規(guī)格，因此在做出決定之前先了解每個(gè)模塊的功能非常重要。

為了幫助您選擇最適合 IoT 的 Wi-Fi 模塊，我們在此列出了來自三個(gè)最大制造商的熱門模塊：Espressif、Texas Instruments和Microchip。

(1) 樂鑫 ESP32

ESP32是樂鑫強(qiáng)大的模塊系列，集成了 Wi-Fi、藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙 (BLE)，可支持廣泛的 IoT 和 AIoT（人工智能 + IoT）應(yīng)用。

這些模塊配備 802.11 b/g/n（802.11n 高達(dá) 150 Mbps）2.4 GHz Wi-Fi 協(xié)議、藍(lán)牙 V4.2 BR/EDR 和 BLE 規(guī)范協(xié)議。它們具有廣泛的功能和選項(xiàng)，例如 UART、SPI、SDIO、I2C、I2S、IR、脈沖計(jì)數(shù)器、觸摸傳感器等。它們分為三個(gè)不同的類別：

• ESP32-WROOM 系列：雙核處理，尺寸 18 × 25.5 × 3.1 mm，最高時(shí)鐘頻率 240 MHz，集成閃存高達(dá) 16MB，完美適配物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
• ESP32-SOLO 系列：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)型選擇，尺寸為 18 × 25.5 × 3.1 mm，使用 ESP32-S0WD RF SoC，最大時(shí)鐘頻率為 160 MHz，外加 4MB 集成閃存，
• ESP32-WROVER 系列：尺寸為 18 × 31.4 × 3.3 mm，基于 ESP32-D0WD SoC，時(shí)鐘頻率高達(dá) 240 MHz，集成閃存容量高達(dá) 16MB，提供良好的雙核性能，適合 AIoT 和需要的應(yīng)用更高的計(jì)算能力

(2) 德州儀器 (TI) 的 CC3200

CC3200是德州儀器 (TI) 的物聯(lián)網(wǎng) Wi-Fi 模塊。它具有 32 位 ARM Cortex-M4 無線 MCU。Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)處理器子系統(tǒng)具有 Wi-Fi 片上互聯(lián)網(wǎng)，工作頻率為 2.4 GHz，具有 WPA2 網(wǎng)絡(luò)安全性。

它還包括 802.11b/g/n 無線電、基帶和強(qiáng)大的安全加密引擎。它具有多種外設(shè)，如UART、SPI、I2S、I2C、ADC等。CC3200 系列 Wi-Fi 模塊包括帶有外部閃存引導(dǎo)加載程序和驅(qū)動程序的 ROM，以及用于存儲代碼和數(shù)據(jù)的靈活嵌入式 RAM。CC3200 系列的變體也很受歡迎，包括 CC3200MOD、CC3220S、CC3220R、CC3220SF、CC3220MOD 和 CC3230S。

(3) Microchip 的 SAMW25

SAMW25是 Microchip 的 Wi-Fi IoT 模塊。它使用 SAMD21 ARM Cortex-M0 plus MCU 來運(yùn)行主機(jī)應(yīng)用程序，并使用 SPI 驅(qū)動程序來連接板載 Wi-Fi SoC。Wi-Fi 子系統(tǒng)使用超低功耗 WINC1500，這是一款經(jīng)過全面認(rèn)證的 IEEE 802.11 b/g/n 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器，具有集成的 TCP/IP 和 Wi-Fi 堆棧。該模塊還包括4MB內(nèi)部閃存，支持OTA固件升級；SPI、UART、I2C作為主機(jī)接口；和許多其他外圍設(shè)備。SAMW25 支持 Wi-Fi Direct、工作站模式和 TLS 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，而且該模塊可以在大多數(shù)應(yīng)用中完全無主機(jī)運(yùn)行。

總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)為世界各地的設(shè)備制造商提供了巨大的機(jī)遇。實(shí)際上，根據(jù)您的個(gè)人用例和 IoT 應(yīng)用程序，您可能需要與我們在此推薦的三個(gè)選項(xiàng)完全不同的選項(xiàng)，但現(xiàn)在至少您對 IoT Wi-Fi 模塊的不同功能和選項(xiàng)有了更多了解，因此您可以決定什么最適合您。