如何将无线通讯技术融入嵌入式系统设计
UHF-RFID远距离无源读卡器
 

  目前在嵌入式应用系统设计中,主流的的几种无线通讯技术:WI-FI ,蓝牙,ZIGBEE, GPRS、GSM, 3G 等,通讯速率,通讯距离和功耗之间的关系。

从图一我们可以看出,RFID技术(ISO15693,ISO14443, ISO-18000 等标准),适合极近距离通讯,具有非常低的功耗;ZIGBEE无线网络技术(IEEE802.15.4)适合数0.25MBIT/S的通讯速度,也具有很低的功耗;蓝牙(BLUETOOTH)技术(IEEE802.15.1),目前2.1版本的规范,可以达到2MBIT/S的通讯速率。属于低功耗通讯,WI-FI技术,从IEEE802.11B (11MBIT/S)到IEEE802.11G(54MBIT/S)到目前IEEE802.11N,可以实现大于100M BIT/S通讯速率;GSM和GPRS数据通讯速率不高,但是网络广泛,通讯距离远,随着3G网络的发展,也有发非常广阔的应用空间。

  将无线技术使用到嵌入式系统设计的关键有:

2.1根据系统应用特点,考虑好功耗要求

举例而言,对于消费电子产品,如果采用普通碱性电池供电或者纽扣电池供电,需要非常低的功耗,选择ZIGBEE和其它非标准通讯技术,可能比较合适,如遥控器等,如果需要进行语音应用,而且采用可充电电池,蓝牙技术也可能是很好选择,数码相框等,WI-FI技术,可能是很好的选择。


2.2根据系统工作环境和网络覆盖,选择相关技术

目前GPRS和GMS已经有非常广泛的网络覆盖,对于很多M2M的应用,如无线抄表,远程遥控,采用GPRS是不错的选择,许多城市目前在广泛安装WI-FI和3G网络,采用低成本的无线模块,可以加快嵌入式应用无线系统的开发。


2.3系统成本和开发时间的考虑

对于嵌入式系统而言,可靠性和系统成本是非常重要的考虑,而如何快 速完成系统软件硬件开发设计,也是非常重要的;无线和无线网络技术,涉及到高频设计(工作频率在400M-5GHZ),而且具有比较复杂的网络通讯协议和一系列网络通讯算法,如何能克服这些设计障碍。快速切入核心设计,也是非常重要的问题。

目前在嵌入系统设计中,增加无线互联技术,比较常用的办法有两种,一是在使用比较高级的的操作系统,例如WIN CE或者嵌入式Linux下,添加无线网络模块,这个方法的好处是在于这些操作系统已经包括了比较丰富的底层驱动,使无线系统设计比较简单;但是,运行这些系统,需要比较高级的微处理器和大量内存,实现微功耗和低成本比较困难,也很难做成非常低成本的系统。

另外一种办法是采用高性能低价格的无线模块,配合低成本的廉价8-32位微控制器(单片机),这样的系统,只需要UCOS-II这样的小型化实时操作系统,也甚至可以不需要操作系统,这样的嵌入系统设计灵活,开发简单,不需要大量存储器和系统资源,无需深入了解无线技术,可以快速,容易设计出微功耗,低成本的嵌入式系统。

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