串口WiFi模块的工作原理与无线WiFi网络的拓扑结构

串口WiFi模块是应用极广泛的一种无线通信模块，也是是嵌入式WiFi模块，体积小，功耗低。串口wifi模块是基于通用串行接口特性，符合IEEE802.11协议栈网络标准，内置TCP/IP协议栈，能够实现用户接口之间的任意透明转换，支持多种无线网络加密方式，能充分保证用户数据的安全传输，使传统串口设备更好的加入无线网络。

通过串口WiFi模块 ，传统的串口设备在不需要更改任何配置的情况下，即可通过Internet网络传输自己的数据。

讲解到串口wifi模块的工作原理，先给大家讲解一下我们生活中常遇到的几种无线wifi网络结构。

无线wifi网络拓扑结构有2种，分别是基础网（Infra）和自组网（Adhoc）。这里要了解两个概念，AP，好比我们家中的路由器，无线wifi网络的创建者，网络的中心节点。STA，又叫做站点，是无线wifi网络的终端，如我们家里用的笔记本，ipad等等都可以叫做站点。

基础网（Infra）：由很多AP组成的无线网络，整个网络的中心就是由AP，网络中所有的通讯都是由Ap进行数据的转换。

自组网（Adhoc）： 网络中不存在AP，由两个或者两个以上的STA组成的无线网络。无线网络中所有的STA直接进行数据交换。

主动型串口设备联网：在每次数据交换之前，都是由串口wifi模块设备主动发起连接，然后在进行数据交换。典型例子：无线pos机在每次刷卡完成之后，无线pos机即开始连接后台的服务器进行数据交换。

被动型串口设备联网：在每次数据交换之前，所有的串口wifi模块设备都是处于等待的状态，然后服务器发起连接邀请，最后进行数据交换。

WiFi模块通常采用串口引脚与主控MCU串口对接，工作在透传的模式下，主控MCU将轮椅相关的控制指令、设备状态，通过串口数据包发送到WiFi模块中。WiFi模块配置上之后，将数据传输到智能家居系统的云端平台中。

APP端是基于云端平台上的设备状态数据，实现控制交互。可以用串口透传的物联网应用：智能电网、智能交通、智能家居、手持设备、工业控制等领域如智能排插、智能灯控、网状网络（WiFi Mesh）、工业无线控制、传感器网络、家庭自动化、安全ID标签、WiFi探针、WiFi热点广告等应用场景。

作为互联网领域的另一个拓展，物联网很快被人们接受，并融入了人们生活、生产的方方面面 。物联网的到来，将用户端延伸并扩展到了任何物体与物体之间的信息互换和交流 ， 于是互联网将世界万物组成了一个巨大网络。

本文介绍一款飞睿智能代理乐鑫ESP32-S3的物联网控制系统芯片模块，利用ESP32-S3模块将传感器设备、控制设备和检测设备等接入了互联网。

ESP32-S3是一款低功耗的MCU系统级芯片 （SoC），集成2.4GHz Wi-Fi和低功耗蓝牙 （Bluetooth® LE） 双模无线通信，具有完整的Wi-Fi子系统，符合 IEEE 802.11b/g/n协议，具有 Station、SoftAP和 SoftAP + Station混杂三种模式；

低功耗蓝牙子系统，支持Bluetooth 5和Blue tooth mesh；行业领先的低功耗性能和射频性能；Xtensa® 32位LX7双核处理器，五级流水线架构，主频高达240MHz。

支持IEEE 802.11 b/g/n协议；在2.4GHz频带支持20MHz和40MHz频宽；支持1T1R模式，数据速率高达150Mbps；无线多媒体 （WMM）；帧聚合 （TX/RX A-MPDU， RX A-MSDU）；立即块回复 （Immediate Block ACK）；

分片和重组 （Fragmentation and defragmentation）；Beacon 自动监测（硬件 TSF）；4 × 虚拟Wi-Fi接口；同时支持基础结构型网络 （Infrastructure BSS）Station 模式、SoftAP 模式和 Station + SoftAP混杂模式。

低功耗管理：

• 电源管理单元，五种功耗模式；

• 超低功耗协处理器 （ULP）：

– ULP-RISC-V 协处理器

– ULP-FSM 协处理器

安全机制：

• 安全启动

• Flash 加密

• 4096 位 OTP，用户可用的高达 1760 位

• 加密硬件加速器：

– AES-128/256 （FIPS PUB 197）

– Hash （FIPS PUB 180-4）

– RSA

– 随机数生成器 （RNG）。

串口WiFi模块的应用场景：

公用事业和智能能源：恒温器、照明控制、EV充电器、智能仪表；

零售：POS终端、无线价签、数字远程标牌；

消费电子：远程控制、网络广播、家庭安保、玩具；

远程设备管理：位置和资产追踪、汽车、代码更新；

医疗、健康和保健：患者监护、健康设备、实时定位系统；

工控：化学传感器、无线控制器、安保系统、M2M通信等。

责任编辑：tzh