STMicroelectronics: SPWF04Sx — интеллектуальные, готовые к работе Wi-Fi модули, оптимизированные для применения в беспроводных узлах Интернета вещей

Автор: admin

21 Июл

Модуль интегрирует микроконтроллер семейства STM32 на базе ядра ARM Cortex-M4 и мощный Wi-Fi приемопередатчик с рабочей частотой 2,4 ГГц, выполненный в соответствии с требованиями стандарта беспроводной связи IEEE 802.11 b/g/n.

Устройство поддерживает облачные сервисы благодаря встроенному набору коммуникационных протоколов, включающих уровни приложения и безопасности, и может функционировать как в качестве точки последовательного доступа к сети Wi-Fi, так и в автономном режиме с пользовательским приложением, разработанными в интегрированной подсистеме на основе среды MicroPython.

SPWF04Sx построен на базе однокристального радиочастотного приемопередатчика стандарта IEEE 802.11, с интегрированным усилителем мощности и функциональной подсистемой управления питанием, и 32-битного микроконтроллера STM4F , поддерживающего проводные интерфейсы UART и SPI и расширенный набор портов ввода/вывода общего назначения (GPIO). Помимо этого, модуль оснащен источником тактового сигнала и регулятором напряжения. SPWF04SA имеет встроенную высокоэффективную антенну ISM диапазона 2.4 ГГц, а SPWF04SC — U.FL разъем для подключения внешней антенны. Оба устройства сертифицированы на соответствие требованиям стандартов FCC/IC и CE.

Отличаясь чрезвычайно низким энергопотреблением и малыми размерами (27 мм х 15 мм), модуль идеально подходит для стационарных и мобильных беспроводных приложений, а также для применения в требовательных к уровню энергопотребления устройствах с аккумуляторным питанием.

SPWF04Sx поставляется с интегрированным полнофункциональным стеком протоколов TCP/IP, встроенным веб-сервером и набором прикладных служб, включая REST API, обеспечивающей доступ к файлам, хранящимся на серверах облачных сервисов и поддержку динамических веб-страниц и SSI-макросов, упрощая взаимодействие модуля и системного хост-процессора посредством беспроводного соединения. Подробное описание возможностей встроенного HTTP-сервера приведено в руководстве по применению (Application Note) AN4965, размещенном на сайте компании www.st.com.

Модуль поддерживает ряд высокоуровневых протоколов, использующих транспортный уровень TCP, включая HTTP, MQTT, SMTP и WebSockets, упрощающих подключение пользовательского приложения к облачным сервисам. Поддерживаемые протоколы транспортного уровня UDP включают TFTP, SNTP и mDNS. Помимо этого, SPWF04Sx поддерживает сетевой протокол IPv6.

Пакет предустановленного ПО включает интерфейс на основе AT-команд, предлагающий пользователю удобный инструмент доступа к управлению функциями стека протоколов посредством последовательного порта UART и SPI-интерфейса, поддерживающего пересылку сообщений между модулем и хост-процессором в режимах ведущий (Master) и ведомый (Slave). Подробная информация доступна в руководстве пользователя (User Manual) UM2114, размещенном на сайте компании www.st.com.

SPWF04Sx включает обработчик сценариев MicroPython, позволяющий пользователю легко и быстро реализовать свое приложение на встроенном в модуль микроконтроллере: не требует применения внешнего микроконтроллера, пользовательское приложение исполняется непосредственно на модуле. Интерпретатор реализован в полном соответствии со стандартной спецификацией MicroPython v.1.6. В автономном режиме, управление беспроводным интерфейсом Wi-Fi и периферией микроконтроллера, такой как порты UART, SPI, I²C и GPIO, модули ШИМ, ЦАП и АЦП, возможно при помощи стандартного API MicroPython. Подробное описание языка сценариев MicroPython для SPWF04Sx приведено в руководстве по применению (Application Note) AN4964, размещенном на сайте компании www.st.com.

1 МБайт встроенной FLASH-памяти служит для хранения пользовательской файловой системы, в то время как аппаратный контроллер интерфейса SPI/SDIO позволяет использовать внешнюю память (Serial FLASH / SD-карты) для расширения возможностей хранения пользовательских данных. Модуль поддерживает методы проверки подлинности сети WPA2-Personal и WPA2-Enterprise и функцию защищенной настройки Wi-Fi соединения WPS. Для реализации защищенного сквозного соединения с облачным сервисом в модуле предустановлен стек протоколов шифрования SSL/TLS, доступный к использованию без каких-либо лицензионных отчислений. Подробное описание системы защиты и безопасности модуля SPWF04Sx приведено в руководстве по применению (Application Note) AN4963, размещенном на сайте компании www.st.com.

Пользовательское и предустановленное ПО модуля может быть обновлено в любой момент посредством проводного интерфейса UART или посредством беспроводного Wi-Fi соединения (FOTA). Для функции обновления ПО посредством беспроводного соединения предусмотрены несколько режимов с различным уровнем защищенности, в соответствии с описанием в руководстве по применению AN4963.

Внутренняя архитектура Wi-Fi модуля SPWF04Sx

Отличительные особенности:

Радиочастотный приемопередатчик на 2.4 ГГц стандарта IEEE 802.11 b/g/n
Встроенный высокопроизводительный микроконтроллер STM32F439
- Ядро ARM® Cortex®-M4
- 256 КБайт внутренней SRAM-памяти данных
- 2 МБайт внутренней быстродействующей FLASH-памяти программ
- 1 МБайт внутренней FLASH-памяти для хранения пользовательским данных
Встроенный стек протоколов TCP/IP
- Поддерживает одновременно до восьми TCP или UDP клиентов и два сервера (поддерживающих по восемь клиентов каждый)
- Защищенный протокол верхнего уровня (HTTPS), поддерживающий протокол защищенного транспортного узла TLS 1.2, симметричный алгоритм блочного шифрования AES-128/-256, алгоритмы защищенного хеширования MD-5, SHA-1 и SHA-256, а также алгоритм шифрования с открытым ключом RSA-1024/-2048
- Веб-сервер с поддержкой SSI-макросов
Функция обновления ПО посредством беспроводного соединения (FOTA)
Мощность передатчика
- 18.3 дБм (1 Мбит/с, режим DSSS модуляции)
- 13.7 дБм (54 Мбит/с, режим OFDM модуляции)
Чувствительность приемника
- -96.0 дБм (1 Мбит/с, режим DSSS модуляции)
- -74.5 дБм (54 Мбит/с, режим OFDM модуляции)
19 конфигурируемых линий ввода/вывода общего назначения (GPIO)
Соединение с хост-процессором посредством интерфейсов UART и SPI
Режимы энергопотребления
- Ток потребления в режиме ожидания (часы реального времени активны): 43 мкА
- Ток потребления в режиме сна: 3 мА
- Ток потребления в режиме простоя в подключенном состоянии (DTIM = 1): 5 мА
- Ток потребления приемника в активном состоянии: 105 мА (тип.)
- Ток потребления передатчика в активном состоянии: 260 мА (тип.)
Интерфейс управления на основе набора AT-команд через порт UART
Последовательный интерфейс SPI с простым в работе протоколом
Прикладная подсистема
- Встроенная среда реального времени MicroPython для внутрисистемной реализации и отладки пользовательского приложения
- Встроенная библиотека MicroPython API для простого и быстрого доступа к Wi-Fi приемопередатчику и аппаратным ресурсам модуля (коммуникационным интерфейсам, портам ввода/вывода, ШИМ, ЦАП и АЦП)
Единое напряжение питания: 3.3 В (тип.)
Варианты исполнения:
- С интегрированной антенной (SPWF04SA)
- С U.FL разъемом подключения внешней антенны (SPWF04SС)
Диапазон рабочих температур: от -40&deg:С до +85&deg:С
Компактные размеры: 26.92 мм x 15.24 мм x 2.35 мм
Полностью сертифицирован в соответствии с требованиями стандартов FCC/CE/IC