一、 前言
不同頻率的RF信號(hào)在穿過不同的建筑材料的時(shí)候，其衰減值是不一樣的。2.4GHz頻段的信號(hào)，由于其受到墻壁的阻擋，穿透能力較弱，所以在許多智能家居應(yīng)用場景中需要使用MESH組網(wǎng)，如BLE MESH， Zigbee MESH等。 而Sub-1GHz頻段的信號(hào)穿透能力較強(qiáng)，傳輸距離較遠(yuǎn)，對(duì)于一般的室內(nèi)應(yīng)用來說，不需要MESH組網(wǎng)，使用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組網(wǎng)就可以滿足應(yīng)用需求。
表一：不同頻段信號(hào)穿透不同建筑材料后的衰減值
基于Sub-1GHz信號(hào)的特點(diǎn)，廣芯微推出了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組網(wǎng)方式---UMICLINK，該網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為200個(gè)上下行節(jié)點(diǎn)，支持ML非省電模式和S省電模式，網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)的通訊距離可以達(dá)到1000米（10Kbps）。該方案采用廣芯微自研的芯片，包括高性能工業(yè)實(shí)時(shí)控制器芯片 UM3243F（作為網(wǎng)關(guān)主控制器）和Sub-1GHz無線MCU芯片 UM2080F32（作為網(wǎng)關(guān)通訊鏈路處理器和子節(jié)點(diǎn)）。
圖一：UMICLINK方案
圖二：網(wǎng)關(guān)的原理框圖：
二、 關(guān)于UMICLINK網(wǎng)關(guān)及組網(wǎng)協(xié)議
UMICLINK網(wǎng)關(guān)是一款基于UMICLINK私有無線協(xié)議的廣域網(wǎng)集中器，射頻通道設(shè)定在433Mhz的中心頻率（可在200Mhz~1050Mhz以內(nèi)配置），通過UMICLINK協(xié)議實(shí)現(xiàn)集中器與終端模塊自由組網(wǎng)、集中器與服務(wù)器通訊。
圖三：UMICLINK網(wǎng)關(guān)
圖四：UMICLINK網(wǎng)關(guān) PCB
圖五：UMICLINK節(jié)點(diǎn) PCB
1. UMICLINK方案特點(diǎn)：
· 智能組網(wǎng)，可提前為入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分配信道，減少現(xiàn)場施工難度；
· 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)終端節(jié)點(diǎn)的管理、狀態(tài)顯示；
· 支持以太網(wǎng)、4G；
· 支持豐富的狀態(tài)指示燈；
· 網(wǎng)關(guān)可以自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)到服務(wù)器；
· 多至6個(gè)UMICLINK協(xié)議通道可配置為UMICLINK-ML協(xié)議和UMICLINK-S協(xié)議；
· 支持MQTT、HTTP等常見通訊協(xié)議，方案實(shí)用性強(qiáng)；
· 可以為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供遠(yuǎn)距離、低功耗、多設(shè)備掛載；
· 內(nèi)置RT-Thread開源操作系統(tǒng)，支持二次開發(fā)；
2. UMICLINK網(wǎng)關(guān)支持1路上行有線WAN口、1路上行4G網(wǎng)絡(luò)通道、6路上下行射頻通道（可支持UMICLINK-ML協(xié)議（上下行）和UMICLINK-S協(xié)議（僅上行））
3. UMICLINK私有無線協(xié)議包括UMICLINK-ML協(xié)議和UMICLINK-S協(xié)議
三、 方案應(yīng)用
1. 溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)
· 網(wǎng)關(guān)：應(yīng)用UMICLINK多觸發(fā)多通道網(wǎng)關(guān)，參考上文描述
· 溫濕度傳感器：基于廣芯微高性能Sub-1G收發(fā)SOC UM2080F32、溫濕度傳感器和震動(dòng)傳感器構(gòu)成的傳感器子設(shè)備，該通訊機(jī)制是溫濕度傳感器主動(dòng)觸發(fā)及上報(bào)的機(jī)制，從設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間組成了星型組網(wǎng)拓?fù)?。整體方案采用紐扣電池供電，省電為主要考慮要素。
2. 物流標(biāo)貼網(wǎng)絡(luò)
·網(wǎng)關(guān)：應(yīng)用UMICLINK多觸發(fā)多通道網(wǎng)關(guān)，參考上文描述
· 低頻無線發(fā)射器：由廣芯微低功耗MCU UM8004與Sub-1GHz收發(fā)芯片UM2010，低頻驅(qū)動(dòng)芯片UM12020D與低頻發(fā)射天線構(gòu)成。低頻無線發(fā)射器通過Sub-1GHz信號(hào)遠(yuǎn)程接收網(wǎng)關(guān)信息并通過125KHz發(fā)射出去，激活RFID標(biāo)貼，將標(biāo)貼相應(yīng)的信息匯報(bào)給網(wǎng)關(guān)。
· 主動(dòng)式RFID標(biāo)貼：采用廣芯微低頻接收SOC UM2082F08及FSK發(fā)射芯片UM2001設(shè)計(jì)的主動(dòng)式RFID標(biāo)貼。標(biāo)貼工作電流在3uA的級(jí)別，是業(yè)界最低功耗的組網(wǎng)方式。
圖六：物流標(biāo)貼網(wǎng)絡(luò)傳輸示意圖
· 發(fā)射機(jī)性能：
· 低頻發(fā)射器可觸發(fā)10米以內(nèi)的RFID標(biāo)貼的低頻接收，使其接受網(wǎng)關(guān)的控制，包括輸出發(fā)射功率及傳輸給標(biāo)貼控制信息等。
· RFID標(biāo)貼與網(wǎng)關(guān)之間的通信距離可以達(dá)到300米（速率50kbps)，并支持13dbm (Max)的發(fā)射功率，其工作功耗大約為3uA，在未觸發(fā)，處于低頻信號(hào)三通道scan的模式下，發(fā)射功率可調(diào)。
關(guān)于廣芯微電子
廣芯微電子（廣州）股份有限公司專注于低功耗物聯(lián)網(wǎng)芯片的研發(fā)、設(shè)計(jì)與銷售，為客戶提供面向個(gè)人與家庭、工業(yè)與商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域,以低功耗為差異化的8位/32位微控制器芯片、無線射頻收發(fā)器芯片、數(shù)字電源管理芯片和傳感與信號(hào)調(diào)理專用芯片等。
廣芯微秉持客戶第一、技術(shù)創(chuàng)新和市場領(lǐng)先的理念，以國際領(lǐng)先的技術(shù)為基礎(chǔ)，為客戶提供一流的產(chǎn)品與技術(shù)，打造值得信賴的集成電路設(shè)計(jì)品牌企業(yè)。公司獨(dú)有的低功耗芯片設(shè)計(jì)方法、輕量化人工智能算法、大功率的PD協(xié)議控制以及多樣性無線連接技術(shù)整合而成的低成本高收益的集成電路設(shè)計(jì)，在健康醫(yī)療電子、消費(fèi)電子、智慧家庭、工業(yè)控制、傳感器與表計(jì)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。廣芯微低功耗微處理器芯片與射頻芯片具有超低睡眠功耗與更低的工作電流，有效地幫助電子設(shè)備降低能耗，積極助力節(jié)能減排。
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