WiFi-модуль HF-LPB100-B чип MT5931SA

Встраиваемый WiFi модуль HF-LPB100-B с внешней антенной 2.4ГГц на чипе MT5931SA

Вай-фай, как много в этом слове... Любой современный человек практически не представляет свой быт без столь удобной, надёжной и доступной информационной технологии беспроводной передачи WiFi. Сейчас она окружает нас повсюду — дома, в транспорте, в общественных местах и на работе, присутствует в любом современном персональном компьютере, в мобильном телефоне и планшете. Построенные по стандарту IEEE 802.11, сети обладают просто огромным перечнем преимуществ, среди которых можно без капли скромности выделить несколько значимых для простого пользователя факторов — это лёгкое и быстрое создание локальных сетей, высокая скорость передачи данных и отсутствие проводных подключений. И, конечно же, незаменимая мобильность.

Зная о том, насколько популярна и практична во всех отношениях технология WiFi, разработчики электронных продуктов стараются не обходить эту тему стороной. Интеграция средств связи в электронные изделия, какими бы они не были, позволяет значительно улучшить, а порой и кардинально изменить их возможности. Кроме того, производители внедряют в свои устройства средства удалённого обмена данными, и учат их общаться между собой в сетях нового поколения "Интернет Вещей" (англ. Internet of Things, IoT).

Модуль HF-LPB100-B от компании High-Flying Electronics Technology Co.Ltd, выпускающей на рынок электронные компоненты, не стал исключением из правил. По настоящему миниатюрный, он построен на качественной элементной базе, входящей в группу высокоэффективной микроэлектроники. Аппаратная часть платы представляет симбиоз из мощного процессора Cortex-M3 MTK с ультра-низким энергопотреблением, WiFi радиопередатчика Mediatek, предлагающего лучшие и наиболее удобные функции подключения, и микросхемы памяти, предназначенной для хранения в себе пользовательских приложений. Значительно расширенный функционал позволяет разработчикам проектировать сложные многофункциональные устройства автоматизированного контроля, диагностики или управления, начиная от простых схем подключения внешних приборов по стандартам RS232, RS485, USB, WiFi, и заканчивая полной интеграцией в собственные аппаратные платформы. Верхняя сторона модуля оборудована металлическим кожухом, защищающим внутренние электронные компоненты от возможных электрических помех.

Наиболее важным и удобным решением, выделяющим HF-LPB100-B среди других аналогов, оказалась реализация беспрепятственной перенастройки модуля по беспроводной связи на основе собственного веб-сервера. Модуль поддерживает до пяти TCP-соединений с возможностью одновременного опроса клиентов.

Технические данные

• Контроллер: HF MC101, модифицированный ARM Cortex-M3 MTK с базовой частотой 96МГц и ультра-низким энергопотреблением, разрядность 32-бит
• Операционная система: FreeRTOS
• Рабочее напряжение, контакты ввода/вывода: 3.3 В
• Поддерживаемое напряжение: 2.8 - 3.6 В
• Максимальный продолжительный ток: 300 мА
• Ток в режиме ожидания: 12 мА
• Флеш-память: 16 МБит / 2 МБайт
• Протоколы WiFi: 802.11 b/g/n
• Диапазон частот: 2.4ГГц-2.5ГГЦ (2412М-2484М)
• Режимы WiFi: Клиент, Точка доступа, Клиент+Точка доступа (Station, AP, Station+AP)
• Защита: WEP, WPA-PSK, WPA2-PSK
• Шифрование: WEP64, WEP128, TKIP, AES
• Сетевые протоколы: IPv4, TCP/UDP/HTTP
• Выходная мощность в режиме 802.11b: +16dBm
• Выводы общего назначения (вход/выход, GPIO): 19
• Выводы Широтно-импульсной модуляции: 8
• Аналоговые выводы: 6
• Максимальный ток на контакт общего назначения: 6 мА
• Скорость передачи данных: до 115200 Бит/с
• Интерфейсы: UART, GPIO, PWM, SPI
• Управление потоком передачи данных UART: да
  
• Встроенная антенна: PCB, разведена на плате в виде дорожки
• Внешняя антенна: PIFA USR-2G5G-S001, разъём IPEX для подключения внешней антенны U.FL
• Поддержка функций Smart Link V7.X для устройств на Andriod и iOS
• Поддержка АТ-команд, Наборов Средств Разработки (SDK), обновление прошивки
• Поддержка настройки модуля по веб-интерфейсу
• Шаг между контактами: 1.27 мм
• Рабочая температура: -40°...+85°
• Размеры: 32.8 х 23.1 х 3.5 мм

Распиновка HF-LPB100 (Диаграмма выводов, HF-LPB100 подключение)

Модуль HF-LPB100 обладает цифровыми выводами (контакты 7-8, 11-13, 15, 18, 20, 23, 27-30, 39-44) общего назначения, работающими с логикой напряжений "1" и "0".

Характеристики TTL-логики пользовательских контактов модуля HF-LPB100:

• Исходящий сигнал, высокий уровень: 2.8 ... 3.3 В
• Исходящий сигнал, низкий уровень: -0.3 ... 0.2 В
• Входящий сигнал, высокий уровень: 2.2 ... 3.3 В
• Входящий сигнал, низкий уровень: -0.3 ... 0.8 В

Некоторые выводы имеют встроенный подтягивающий или стягивающий резисторы (к примеру, SWD, nReload, nReset и PWR_SW подтянуты на плюс, если не используются, SWCLK стянут на землю). Рекомендуемый ток отдельного вывода составляет 6 миллиампер.

• GND — общий, заземление.
• DVDD — контакт питания модуля, напряжение 2.8-3.6 В.
• nReload — восстановление модуля до заводских настроек, активен при низкоуровневом сигнале продолжительностью более 4 секунд. После включения модуля, кратковременное удержание на низком уровне менее 3 секунд переводит HF-LPB100 в режим настройки "Smart Link", c последующим ожиданием установки пароля и другой информации. Позволяет обновить прошивку по беспроводной связи.
• nReset (EXT_RESETn, RST) — контакт перезапуска модуля, активен при низкоуровневом сигнале продолжительностью более 10 мс.
• Sleep_RQ — контакт переключения модуля между входом в глубокий сон (ожиданием) и пробуждением в рабочий режим. Активен при смене низкоуровнего сигнала на высокоуровневый с определённой задержкой. Интервал в 3 секунды погружает в сон, интервал в 1 секунду выводит из сна. Функция зарезервирована.
• GPIO27-30, GPIO39-42 — контакты общего назначения, по умолчанию зарезервированы под последовательную связь.
• GPIO11-13, GPIO15,  GPIO18, GPIO20, GPIO23, GPIO43, GPIO44 — контакты общего назначения, ввод/вывод данных
• PWR_SW — контакт управления включением/отключением радиопередачи по WiFi (режим сна). Функция зарезервирована.

Специальные функции:

• Асинхронный последовательный интерфейс, устанавливает связь с другими устройствами по шине UART:
  • UART0_TX — контакт GPIO39
  • UART0_RTS — контакт GPIO40
  • UART0_RX — контакт GPIO41
  • UART0_CTS — контакт GPIO42
  Подключение вспомогательных устройств к выводам осуществляется по схеме RX->TX, TX->RX.
• Отладочный интерфейс JTAG/SWD:
  • SW_CLK — контакт 2
  • SW_D — контакт 5
• Высокоскоростной синхронный последовательный периферийный интерфейс, шина SPI — полнодуплексный последовательный четырёхпроводный стандарт передачи данных, обеспечивающий высокоскоростную связь микроконтроллеров и периферии. Способен работать в режимах Главный (Master) и Ведомый (Slave) с выбором подключенных устройств:
  • SPI_MISO — контакт GPIO27
  • SPI_CLK — контакт GPIO28
  • SPI_CS — контакт GPIO29
  • SPI_MOSI — контакт GPIO30
• ШИМ — цифровая широтно-импульсная модуляция выходного сигнала. Выводы GPIO 11-12, 18, 20, 23, 27-28, 30. Реализована программным способом в прошивке модуля. Может быть назначена пользователем через АТ команду "AT+LPTIO".
• Sleep_ON — индикатор режима глубокого сна, подключаемый к внешнему светодиоду. Генерирует низкоуровневый сигнал на контакте при нахождении в режиме ожидания. Функция активна по умолчанию.
• WPS — индикатор установления соединения по технологии WPS (Wi-Fi Protected Setup), подключаемый к внешнему светодиоду. Генерирует низкоуровневый сигнал на контакте в случае успеха. Может быть переназначен пользователем. Функция активна по умолчанию.
• nReady — индикатор нормального запуска модуля, подключаемый к внешнему светодиоду. Генерирует низкоуровневый сигнал на контакте в случае успеха. Может быть переназначен пользователем. Функция активна по умолчанию.
• nLink — индикатор состояния соединения по Wi-Fi, подключаемый к внешнему светодиоду. Генерирует низкоуровневый сигнал на контакте при установлении беспроводной связи (Клиент или Точка Доступа). В режиме "Smart Link" информирует о завершении настройки. Может быть переназначен пользователем. Функция активна по умолчанию.

ШИМ/GPIO функции и прозрачная передача, nLink, nReady, WPS функции не могут быть задействованы одновременно. Пользователь может выбрать требуемую функцию АТ командами: AT+MODE и AT+LPTIO.

Внешняя антенна

Модуль HF-LPB100 поддерживает встроенную или внешнюю (I-PEX или SMA) антенны. Если в проектируемом изделии конструктивно предполагается использование внешней антенны, её параметры должны соответствовать стандарту IEEE 802.11 b/g/n:

• Диапазон частот 2.4-2.5 ГГц
• Импенданс: 50 Ом
• Коэффициент стоячей волны по напряжению: 2 (макс.)
  
• Затухание: -10дБ (макс.)
• Тип коннектора: I-PEX

Схема энергосбережения

Модуль HF-LPB100 способен работать в двух режимах, основанных на различных схемах энергосбережения:

• Нормальный (активный/спящий) режим — модуль связан с внешней точкой доступа, включение или отключение передачи по WiFi зависит от внутреннего управления;
• Режим ожидания (глубокий сон) — модуль отключен от внешней точки доступа, передача по WiFi не доступна.

Подключения по протоколу Multi-TCP

WiFi-LPB100 модуль имеет два TCP/UDP сокета: Сокет А и Соект В. Последовательные данные, записываемые в модуль, передаются одновременно в Сокет А и Сокет В. TCP/UDP данные, которые модуль получает через Сокет А или В, отправляются в последовательный порт.

Наличие двойного Сокета позволяет настроить разнообразные сетевые межсоединения. По умолчанию, открыт только Сокет А. В случае необходимости использования Сокета В, пользователю доступны АТ команды для его настройки.

Подключения по протоколу Multi-TPC link работают по следующей структуре:

• Восходящий поток: Все данные, полученные от TCP-соединения или клиента, передаются в последовательный порт в порядке поступления.
• Нисходящий поток: все данные из последовательного порта (пользователя) будут дублироваться и одновременно транслироваться каждому TCP-соединению или Клиенту.

Сокет А

Сокет А может работать в четырех режимах: TCP-сервер, TPC-клиент, UDP-клиент, UDP-сервер. Настройка параметров сетевого протокола для Сокета А выполняется АТ командой "AT+NETP". Когда Сокет А сконфигурирован как TCP-сервер, он поддерживает связь по протоколу многопутевой модификации TCP (Multi-TPC link) с одновременным разрешённым подключением до пяти TCP-клиентов. Выбор клиента или его адресация не предусмотрена.

Сокет В

Сокет В может работать в трёх режимах: TPC-клиент, UDP-клиент, UDP-сервер. Настройка параметров сетевого протокола для Сокета B выполняется АТ командой "AT+SOCKB". Какой бы режим работы не был установлен, Сокет В способен предложить пользователям гибкие методы передачи данных. Например, Сокет B может быть установлен в режим UDP-сервера, выполняя обмен данными с другими модулями, соединёнными локальной сетью. Сокет B также может быть установлен для подключения TCP-клиента к удаленному серверу. Демонстрация функционала Сокет В:

Настройка модуля HF-LPB100 через Веб-Интерфейс

Через Веб-интерфейс пользователю доступно большое количество настраиваемых функций. При первом включении HF-LPB100-0 или после сброса к заводским настройкам, модуль запускается в режиме открытой точки доступа. Сетевые настройки модуля по умолчанию: идентификатор сети (SSID) — WIFI-LPB100, IP адрес страницы настроек — 10.10.100.254, маска подсети — 255.255.255.0

После подключения к беспроводной сети модуля HF-LPB100 со смартфона, планшета, ноутбука или настольного компьютера, в адресной строке веб-браузера задаётся IP адрес страницы настроек. При входе на веб-страницу, на полученный запрос авторизации, вводятся имя пользователя — admin, пароль — admin. В верхнем правом углу можно найти поддерживаемые языки. Основное меню содержит девять страниц: "Система", "Рабочий режим", "Настройка Клиента", "Настройка точки доступа", "Прочие настройки", "Управление аккаунтом", "Обновление ПО", "Перезапуск" и "Восстановление".

Страница "Система"

На этой странице, пользователь может проверить текущую важную информацию и статус устройства, такую как: имя устройства, версия прошивки, беспроводной рабочий режим и прочие параметры WiFi.

Страница "Рабочий режим"

Рабочий режим Точки доступа HF-LPB100-B предлагает возможность достаточно простого и лёгкого способа конфигурирования модуля. Режим Клиент предназначен для подключения пользовательского оборудования (например, удалённого сервера) через маршрутизатор Точки доступа. Вместе с тем, модуль может работать в совместном режиме Клиент+Точка доступа, который позволит формировать более гибкие сетевые подключения. Вариантом такого подключения может стать локальная сеть, состоящая из нескольких присоединённых Клиентов на одной стороне, и передающая данные по беспроводной связи через стороннюю Точку доступа на другой стороне. В таком случае, при смене внешней Точки доступа, потребуется перенастроть только модуль, не затрагивая при этом сетевые настройки Клиентов.

Страница "Настройка Клиента"

Пользователь может нажать кнопку "Scan" для автоматического поиска расположенных рядом точек доступа WiFi и подключиться к нужной, проведя ряд некоторых настроек. Вводимая информация о шифровании должна полностью совпадать с конфигурацией маршрутизатора точки доступа WiFi.

Странциа Настройка точки доступа

Когда пользователь выбирает работу модуля в режимах Точка доступа и Точка доступа + Клиент, необходимо настроить эту страницу и указать параметры беспроводного и сетевого подключений. Большинство систем поддерживает протокол динамической настройки узла (DHCP), позволяющий присоединяющимся сетевым устройствам  получать автоматически назначенный IP-адрес, поэтому рекомендуется включать DHCP-сервер в большинстве приложений.

Страница "Прочие настройки"

HF-LPB100 обычно работает в режиме прозрачной передачи данных. Пользовательское устройство, подключенное к модулю, будет соединяться и взаимодействовать с удаленным ПК или сервером. На этой странице, пользователю необходимо установить параметры связи через последовательный порт и определить параметры протокола, связанные с TCP.

Страница "Управление аккаунтом"

На этой странице устанавливаются новые значения пользовательского имени и пароля для входа на веб-сервер.

Страница "Обновление ПО"

Пользователь может установить новую версию ПО (прошивку) через WiFi соединение.

Страница "Перезапуск"

Большинство настроек и конфигураций сохраняются в модуле после перезапуска системы. Пользователь должен выполнить операцию перезапуска модуля после окончания всех изменений.

Страница "Восстановление"

После восстановления заводских настроек модуля, все пользовательские изменения профиля будут утеряны. HF-LPB100B запустится в режиме Точка доступа, установленной по умолчанию. Пользователь может снова перейти на страницу с адресом http://10.10.100.254, авторизоваться и перенастроить модуль под требуемые значения. Данная операция удобна, если в предыдущем сеансе были указаны неверные или ошибочные показатели. На аппаратном уровне, за функцию восстановления отвечает вывод nReload.

АТ команды

АТ команды означают специальные команды, понятные модулю HF-LPB100, которыми пользователь может запрашивать или настраивать параметры модуля в командном режиме через последовательный порт. В инструкции пользователя подробно объяснены способы переключения режимов работы модуля и формат использования AT-команд. В качестве отладочного инструментария, рекомендуется использовать программное обеспечение SecureCRT или USR-TCP232.

Документация

• Руководство пользователя HF-LPB100 User Manual-V1.9 (pdf., англ.)
• Руководство по настройке Airkiss Smart (pdf., англ.)
• Руководство по кастомизации страницы веб-сервера HF-LPB100 (pdf., англ.)

Программное обеспечение

• USR-TCP232
• SecureCRT
• Прошивка и инструкция по обновлению LPB100
• Производственные инструменты для HF-LPB100
• Набор Средств разработчика SDK для Keil uVision (LPB100-LPT100-LPT200-LPB100U-LPB105)

Полезные ссылки

• Поддержка HF-LPB100 на официальном сайте Hi-Flying