射頻與無線通信
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2025-11-10
射頻與無線通信的實例教程
隨著集成電路、無線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)運(yùn)而生，無線傳感網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、低成本、分布式和自組織的特點。傳統(tǒng)的無線射頻通信模塊體積大，需要控制芯片來控制射頻模塊，這就增加了設(shè)計的成本，而且可移動性不好。
半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步使處理器芯片可以被集成為體積很小的一塊，而價格變得更便宜，專用的無線網(wǎng)絡(luò)芯片和技術(shù)也得到發(fā)展。文中采用了TI公司的CC430F5137(＄3.3750)設(shè)計并實現(xiàn)了一種應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點模塊。CC430F5137是一款內(nèi)部集成了射頻核的芯片，它內(nèi)置了CC1101(＄2.0625)射頻核，使用單顆芯片就可以完成數(shù)據(jù)的采集、處理、發(fā)送與接收，使電路板的體積可以變得更小、更便宜。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的低功耗設(shè)計，本文采用了射頻模塊的無線喚醒（WOR）功能。同時，利用射頻核的空閑信道評估（CCA）功能改進(jìn)了射頻發(fā)送的算法，提高了多節(jié)點向中繼器模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時的準(zhǔn)確性。
總體設(shè)計方案
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)。它是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)所有者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸三種功能。
傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點一般受到工作環(huán)境的影響，功耗問題是要首先考慮的。考慮到低功耗要求的設(shè)計，節(jié)點設(shè)備的主控MCU選擇 CC430F5137，利用它內(nèi)置的射頻通信模塊進(jìn)行射頻通信。由于其低功耗的特點可采用電池供電。軟件部分利用CC1101的無線喚醒功能，能史好地降低系統(tǒng)功耗。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以掛接多個節(jié)點設(shè)備，而每個節(jié)點設(shè)備的地址必須唯一。本文設(shè)計的節(jié)點設(shè)備采用撥碼開關(guān)來設(shè)置每個節(jié)點設(shè)備的地址，確保每個節(jié)點都有一個唯一的地址。
展開 無線取餐/排隊呼叫器采用先進(jìn)的DP4306無線通信芯片，該芯片是一款低功耗、高性能、獨立運(yùn)行的射頻收發(fā)芯片，適用于各種230、 315、433、470、868、915MHz的無線應(yīng)用。無線呼叫系統(tǒng)由主機(jī)、接收器和充電器組成，超大型場所也可選配外接大功率發(fā)射機(jī)。可應(yīng)用于餐飲、休閑娛樂、商場、診所、兒童游樂中心、銀行、工廠、汽車4S店和考試中心等場所，可實現(xiàn)服務(wù)呼叫、管理呼叫、排隊呼叫、單呼、組呼、群呼、定時呼、發(fā)送數(shù)字、英文和中文（高級版）信息等功能
DP4306本芯片是一款高性能低功耗的單片集成收發(fā)機(jī)，工作頻率可覆200MHz~1000MHz， 該芯片集成了射頻接收器、射頻發(fā)射器、頻率綜合器、GFSK調(diào)制器、GFSK解調(diào)器等功能模 塊。通過SPI接口可以對輸出功率、頻道選擇以及數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行靈活配置，并且內(nèi)置CRC、 FEC、自動應(yīng)答和自動重傳機(jī)制，可以大大簡化系統(tǒng)設(shè)計并優(yōu)化性能。
展開 據(jù)該研究的通訊作者Jason Patrick說，超材料的可重構(gòu)性使其具有多功能性，有可能應(yīng)用于微處理器、飛機(jī)和建筑物的主動冷卻，以及飛行中的可調(diào)諧通信設(shè)備。
帕特里克說："纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料已經(jīng)在廣泛使用。我們所做的是在材料方面取得進(jìn)展，并利用3D打印技術(shù)創(chuàng)造出一類新的多功能和可重新配置的超材料，這對于可擴(kuò)展的、結(jié)構(gòu)性的實施具有真正的潛力，而且不應(yīng)該是過于昂貴的。"
△超材料的電磁特性可以用液態(tài)金屬合金來改變，而它的熱特性可以讓水通過它來改變。圖片來自北卡羅來納州立大學(xué)
支持3D打印的超材料
超材料的多功能性最終可以歸功于增材制造所賦予的設(shè)計自由。這項技術(shù)使工程師們能夠以廣泛的幾何形狀和尺寸3D打印高度復(fù)雜的管網(wǎng)——微血管。由于超材料依賴于現(xiàn)成的復(fù)合材料制造工藝，它的生產(chǎn)也應(yīng)該具有成本效益。
在實驗過程中，美國研究人員讓鎵和銦的室溫液體合金穿過該網(wǎng)絡(luò)，這使他們能夠控制其電磁特性。具體來說，通過修改血管的方向、間距和內(nèi)部導(dǎo)電液體金屬的體積，研究小組可以密切控制超材料如何過濾掉無線電頻譜中的特定電磁波。這對于能夠按需從頻譜的一個部分跳到另一個部分的可調(diào)諧通信系統(tǒng)具有巨大的潛力。
該論文的共同作者Kurt Schab補(bǔ)充說："動態(tài)地重新配置電磁行為的能力真的很有價值，特別是在尺寸、重量和功率限制高度激勵使用能夠在系統(tǒng)中執(zhí)行多種通信和傳感作用的設(shè)備的應(yīng)用中。"
△用于測試3D打印超材料的電磁特性的實驗裝置。圖片來自北卡羅來納州立大學(xué)
在主動冷卻方面的應(yīng)用
通過簡單地讓水在血管網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)，工程師們證明他們也可以密切控制超材料的熱性能。這有望在高超音速飛機(jī)、微處理器系統(tǒng)和電動汽車等設(shè)備中實現(xiàn)先進(jìn)的主動冷卻系統(tǒng)。
展開 除此之外，四旋翼無人機(jī)還需要與地面站或其他四旋翼有數(shù)據(jù)交互，用于狀態(tài)監(jiān)控，集群協(xié)同等
一 硬件與協(xié)議
無人機(jī)與外界通信主流方案包括三種：WiFi，藍(lán)牙，2.4G無線數(shù)傳。其中WiFi與藍(lán)牙也是傳輸信號也在2.4G頻段，一般硬件設(shè)備都內(nèi)置有WiFi,藍(lán)牙功能，2.4G收發(fā)端都需要額外配置模塊
也有部分?jǐn)?shù)傳模塊可以工作在433MHz、915MHz頻段，相同功率，頻率低衍射性能好，傳輸距離遠(yuǎn)；頻率高則帶寬大一點，傳輸速度快
通常開發(fā)這三類硬件需要一個2.4G射頻芯片，在上層開發(fā)協(xié)議棧。這三類方案一些常見產(chǎn)品指標(biāo)對比如下，其中藍(lán)牙5.0比4.0在帶寬和傳輸距離上有提升，數(shù)傳模塊產(chǎn)品性能區(qū)間較大，可以結(jié)合價格和場景需要選用
市面上這三種都是模塊產(chǎn)品如ESP8366 WiFi模塊，3DR 915MHz無線數(shù)傳模塊，對外屏蔽協(xié)議棧細(xì)節(jié)。與飛控走串口協(xié)議，在PX4中只需要讀寫串口解析應(yīng)用層MAVLink協(xié)議即可
二 MAVLink協(xié)議
MAVLink定義了輕量級無人機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)格式，支持多種語言和多種平臺，支持至多255種機(jī)型，并且高度可靠與安全。2009年發(fā)布MAVLink v1，2017年發(fā)布版本MAVLink v2. MAVLink系列無論是數(shù)據(jù)幀格式還是交互過程，都和socket十分相似，我們下面一起來看一下
1 MAVLink實現(xiàn)
1.1 協(xié)議
MAVLink v2相比于v1，頭部標(biāo)記由8字節(jié)升級到14字節(jié)，擴(kuò)展性進(jìn)一步提高。
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射頻與無線通信的最新內(nèi)容
XL2400T 系列芯片為單片無線收發(fā)芯片，工作于全球通用的 2.400~2.483GHz ISM 公用頻段。芯片內(nèi)部高度集成射頻收發(fā)單元、頻率發(fā)生器、晶體振蕩器、調(diào)制解調(diào)器等核心功能模塊，具備一對多組網(wǎng)能力，同時支持帶應(yīng)答確認(rèn)的通信傳輸模式。
器件可靈活配置發(fā)射輸出功率、工作通信頻道與數(shù)據(jù)傳輸速率，適配多樣應(yīng)用場景。
該芯片還內(nèi)置多款外圍貼片阻容感元器件
射頻放大芯片是無線通信系統(tǒng)中的核心組件，主要負(fù)責(zé)對高頻射頻信號進(jìn)行功率放大，以確保信號能夠有效傳輸并克服路徑損耗。
?核心作用：
信號放大（增益功能）?：將低功率射頻信號（通常為微瓦級或毫瓦級）線性放大至高功率水平（瓦級甚至更高），使信號具備足夠能量驅(qū)動天線并實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。
驅(qū)動天線?：放大后的信號通過匹配網(wǎng)絡(luò)高效耦合至天線，將其轉(zhuǎn)換為電磁波輻射出去。
藍(lán)牙溫度振動模組是一種集成了?溫度傳感?與?三軸振動檢測?功能，并通過?低功耗藍(lán)牙（BLE）? 實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)闹悄軅鞲性O(shè)備。
其工作原理可歸納為以下幾個核心環(huán)節(jié)：
溫度測量?：采用高精度數(shù)字溫度傳感器，測溫范圍通常為?-70℃~ +150℃?，典型精度達(dá)?±0.5℃?（部分型號可達(dá)±0.1℃）?。
振動測量?：內(nèi)置?三軸MEMS加速度計?，可檢測X/Y/Z三個方向的加速度，量程可選
在工業(yè)自動化與智能制造快速發(fā)展的今天數(shù)據(jù)的實時性、可追溯性和遠(yuǎn)程管理能力已成為衡量設(shè)備先進(jìn)性的重要標(biāo)準(zhǔn)，作為流體測量領(lǐng)域核心儀表之一，質(zhì)量流量計不僅需要具備高精度、高穩(wěn)定性的測量性能，更需滿足現(xiàn)代工廠對智能化、網(wǎng)絡(luò)化的需求，那么一個備受關(guān)注的問題是：質(zhì)量流量計是否支持無線通信方式？
質(zhì)量流量計：https://www.bronkhorst-china.com/
XL2417U芯片是一款低功耗、高性能和高度集成的SoC，帶有2.4G收發(fā)器。它集成了高性能2.4GHz射頻收發(fā)器、豐富的基帶功能、32位MCU和各種外圍IO。它支持128KB的flash和48KB的RAM，以實現(xiàn)可編程協(xié)議和配置文件，支持定制應(yīng)用程序。XL2417U的工作電壓范圍為1.7至3.6V，在Tx和Rx模式下功耗極低，在電池供電系統(tǒng)中使用壽命長，同時保持優(yōu)異的射頻性能。該設(shè)備可以進(jìn)入超低功耗睡眠模式
2025年8月26日，國際星閃無線短距通信聯(lián)盟（iSLA）在日本名古屋成功舉辦“2025國際星閃日本產(chǎn)業(yè)論壇——新短距無線通信的前景與實現(xiàn)”。本次論壇匯聚百余位來自日本產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界的專家及星閃聯(lián)盟會員單位代表，共同探討星閃技術(shù)的商用成果與生態(tài)建設(shè)路徑。興泰科技（SEEKINK）作為重要受邀企業(yè)出席活動，深度參與多項議程，推動短距無線通信與電子紙融合應(yīng)用，與業(yè)界共謀發(fā)展
<p><strong>無線通信器件</strong>是實現(xiàn)無線通信的基礎(chǔ)，包括<strong style="color: rgb(9, 64, 142);">射頻芯片</strong><strong>、</strong><strong style="color: rgb(9, 64, 142);">功率放大器</strong><strong>、</strong><strong style="color
無線芯片是指能夠進(jìn)行無線通信的芯片。隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無線芯片也成為了現(xiàn)代電子設(shè)備的重要組成部分。
無線芯片，顧名思義，是一塊用于實現(xiàn)無線通信的芯片。無線芯片廣泛應(yīng)用于無線電視、移動通信、無線路由器、藍(lán)牙耳機(jī)等各種設(shè)備中。通俗的講，無線芯片就是在芯片內(nèi)部嵌入一些無線電路，使得設(shè)備可以與其他設(shè)備進(jìn)行無線通信。
無線芯片的結(jié)構(gòu)主要包含天線、射頻前端、中頻、基帶、以及控制部分等幾個部分
電動代步車是指采用電力驅(qū)動，用于個人或家庭短途出行的交通工具。它集合了電動技術(shù)、智能控制、輕量化材料等多項先進(jìn)技術(shù)，具有環(huán)保、節(jié)能、便捷等特點。電動代步車主要包括電動自行車、電動三輪車、電動四輪車等多種類型，廣泛應(yīng)用于城市出行、老年人代步、短途旅游等領(lǐng)域。
SI24R05芯片是一款專為二輪電動車設(shè)計的無線通信芯片，它成功地將汽車上的一鍵啟動和PKE（無鑰匙進(jìn)入）技術(shù)移植到了二輪電動車領(lǐng)域
關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò);風(fēng)能采集;電阻仿真;最大功率點跟蹤;
0 引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)是一種基于無線射頻通信技術(shù)的多跳自組網(wǎng)絡(luò),由部署在監(jiān)測空間內(nèi)的無線傳感器節(jié)點組成,在電力系統(tǒng)中多應(yīng)用于智能電網(wǎng)技術(shù)[1,2,3,4]。
