CN108418600A - 嵌入式无线通讯板及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种嵌入式无线通讯板及其设备。预设尺寸的嵌入式PCB板包括Cortex‑M7处理器系统以及连接Cortex‑M7处理器系统的无线通讯系统、连接器。一个无线通讯系统仅包含一种无线通讯方式，连接器包括多种引脚资源。Cortex‑M7处理器系统能够与不同的无线通讯系统集成，通过连接器将资源引出，形成一系列尺寸、连接兼容的嵌入式无线通讯板；保证设备在需要不同的无线通讯方式时，可快速进行嵌入式无线通讯板替换而无需重新设计，解决无线通讯的布局局限性问题，提高设计的灵活性。

Description

嵌入式无线通讯板及其设备

技术领域

本发明涉及嵌入式和无线通讯技术领域，特别是涉及一种嵌入式无线通讯板及其设备。

背景技术

在当前工业智能化、城市智能化和大数据的时代背景下，各个工业设备、智能设备和终端节点对于通讯互联的需求与日俱增，各种通讯方式也是百花齐放，无线通讯技术的发展使得可选择的方案更多，但不管是哪种无线通讯方式，射频电路和天线都是无线通讯系统中的设计重点和难点。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的无线模块需要占据单独的一块区域，而且由于天线的原因，一般只能放在PCB板的边缘，对于整体的布局设计上有一定的局限，并且，传统技术在确定无线通讯方式后，难以对无线通讯方式进行更换，在设计上不够灵活。

发明内容

基于此，有必要针对传统无线模块存在布局局限性和灵活性的问题，提供一种嵌入式无线通讯板及其设备。

为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种嵌入式无线通讯板，包括预设尺寸的嵌入式PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)；

嵌入式PCB板包括Cortex-M7处理器系统以及连接Cortex-M7处理器系统的无线通讯系统、连接器；

Cortex-M7处理器系统将转换无线通讯系统传输的通信信号得到的设备信号，通过连接器传输给外围设备电路；Cortex-M7处理器系统将转换外围设备电路传输的设备信号得到的通信信号，通过无线通讯系统传输给通讯设备。

在其中一个实施例中，无线通讯系统为Wi-Fi(Wireless-Fidelity，无线保真)无线通讯系统、ZigBee无线通讯系统、LoRa无线通讯系统、蓝牙无线通讯系统或Mifare无线通讯系统。

在其中一个实施例中，无线通讯系统包括连接Cortex-M7处理器系统的无线芯片或无线模组；

无线通讯系统还包括放大器、滤波器、匹配电路和天线RF(Radio Frequency，射频)连接器；

放大器、滤波器、匹配电路和天线RF连接器连接无线芯片；或，

放大器、滤波器、匹配电路和天线RF连接器连接无线模组。

在其中一个实施例中，连接器包括连接Cortex-M7处理器系统的第一双排贴片连接器、第二双排贴片连接器。

在其中一个实施例中，第一双排贴片连接器为包括外部总线引脚、SPI(SerialPeripheral Interface，串行外设接口)引脚、SDIO(Secure Digital Input and Output，安全数字输入输出卡)引脚和复位引脚的连接器；

第二双排贴片连接器为包括LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)引脚、以太网引脚、ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)引脚、I2C(Inter－Integrated Circuit，两线式串行总线)引脚、UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)引脚、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)引脚、SPI引脚、SDIO引脚和USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)引脚的连接器。

在其中一个实施例中，第一双排贴片连接器为60pin连接器；第二双排贴片连接器为80pin连接器。

在其中一个实施例中，Cortex-M7处理器系统包括分别连接无线通讯系统、连接器的Cortex-M7处理器，以及连接Cortex-M7处理器的内存、电源电路、复位电路、数据存储器和程序存储器。

在其中一个实施例中，预设尺寸包含长度尺寸和宽度尺寸；

长度尺寸的取值范围为46至50毫米；

宽度尺寸的取值范围为28至32毫米。

在其中一个实施例中，嵌入式PCB板为开设有固定圆孔以及缺口的矩形PCB板；

长度尺寸为48毫米；

宽度尺寸为30毫米；

固定圆孔的数量为2个、3个或4个；固定圆孔的孔径取值范围为2至2.2毫米，或2.2至2.4毫米；

缺口为半圆弧缺口。

另一方面，本发明实施例还提供了一种嵌入式无线通讯设备，包括设备底板；

设备底板包括如上述的嵌入式无线通讯板，以及连接嵌入式无线通讯板的外围连接器、外围设备电路和天线。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

预设尺寸的嵌入式PCB板包括Cortex-M7处理器系统以及连接Cortex-M7处理器系统的无线通讯系统、连接器；Cortex-M7处理器系统将转换无线通讯系统传输的通信信号得到的设备信号，通过连接器传输给外围设备电路；Cortex-M7处理器系统将转换外围设备电路传输的设备信号得到的通信信号，通过无线通讯系统传输给通讯设备。一个无线通讯系统仅包含一种无线通讯方式，连接器包括多种引脚资源。Cortex-M7处理器系统能够与不同的无线通讯系统集成，通过连接器将资源引出，形成一系列尺寸、连接兼容的嵌入式无线通讯板；保证设备在需要不同的无线通讯方式时，可快速进行嵌入式无线通讯板替换而无需重新设计，解决无线通讯的布局局限性问题，提高设计的灵活性。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为一个实施例中嵌入式无线通讯板的第一示意性结构图；

图2为一个实施例中嵌入式无线通讯板的不同通讯方式的结构示意图；

图3为一个实施例中嵌入式无线通讯板的连接器结构示意图；

图4为一个实施例中嵌入式无线通讯板的第二示意性结构图；

图5为一个实施例中嵌入式无线通讯板的嵌入式PCB板的结构示意图；

图6为一个实施例中嵌入式无线通讯设备的示意性结构图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

随着信息时代的发展，在无线通讯方面，各种原有技术如Wi-Fi、ZigBee、蓝牙和Mifare等继续占据着无线通讯的主流地位，但新涌现的技术如LoRa、NB-IoT(Narrow BandInternet of Things，基于蜂窝的窄带物联网)和Sigfox等也不甘示弱，持续地冲击着原有技术的阵地。

无线通讯技术的发展使得可选择的方案更多，但不管是哪种无线通讯方式，对于系统设计人员来说都是重大的挑战。传统的设计方案主要有两种：一种是系统设计人员自行设计无线通讯电路，并与其它电路设计在一起；另一种是采用其它厂家已设计好的无线模块，只需要将无线模块集成到自己的设计即可。

传统的两种设计方案中：第一种是自行设计无线通讯电路，这种设计方案对无线技术的设计能力要求极高，稍有不慎即可能设计失败；第二种是采用其它厂家已设计好的无线模块，此种设计方案中无线模块需要占据单独的一块区域，而且由于天线的原因，一般只能放在PCB板的边缘，对于布局设计上有一定的局限，而且只要无线模块确定了，再想更换就比较困难了，设计上不够灵活。具体的，无线模块通过邮票孔封装的形式和底板连接，且不同无线通讯方式的无线模块的邮票孔的形式各不相同，如，引脚数量不同，引脚间距不同，引脚排列方式不同等等，这表明要与底板可靠连接，需要在PCB板上单独划出一片区域，并设计合适的封装焊盘，同时需要按每种模块不同的接口连接信号。邮票孔形式的无线模块一旦设计确定，当应用需要不同的无线通讯方式时，互相之间是无法直接进行替换的，只能重新设计无线模块或底板。此外，由于无线模块是焊接在底板上的，底板会对无线信号质量传播产生重要影响，如果无线模块不靠板子边缘(特别是天线部分)，则会严重影响天线的信号，影响数据传输。传统的无线模块存在布局局限性和灵活性的问题。

为解决传统无线模块存在布局局限性和灵活性的问题，在一个实施例中，提供了一种嵌入式无线通讯板，如图1所示，图1为一个实施例中嵌入式无线通讯板的第一示意性结构图，包括预设尺寸的嵌入式PCB板100；

嵌入式PCB板100包括Cortex-M7处理器系统110以及连接Cortex-M7处理器系统110的无线通讯系统120、连接器130；

Cortex-M7处理器系统110将转换无线通讯系统120传输的通信信号得到的设备信号，通过连接器130传输给外围设备电路；Cortex-M7处理器系统110将转换外围设备电路传输的设备信号得到的通信信号，通过无线通讯系统120传输给通讯设备。

具体而言，预设尺寸的嵌入式PCB板100包括Cortex-M7处理器系统110、无线通讯系统120以及连接器130；Cortex-M7处理器系统110分别连接无线通讯系统120以及连接器130。

无线通讯系统120可将通信信号传输给Cortex-M7处理器系统110，Cortex-M7处理器系统110将通信信号转换为设备信号，并通过连接器130将设备信号传输给外围设备电路；外围设备电路可将外围设备产生的设备信号通过连接器130传输给Cortex-M7处理器系统110，Cortex-M7处理器系统110将设备信号转换为通信信号，并通过无线通讯系统120将通信信号传输给通讯设备。

需要说明的是，传统技术中，不同无线通讯方式的无线模块的尺寸不一，更换无线模块时容易发生尺寸不兼容的问题；本发明实施例中，预设尺寸用于统一嵌入式无线通讯板的尺寸，解决设备更换无线通讯方式时，嵌入式无线通讯板尺寸不兼容的问题。

无线通讯系统仅包含一种无线通讯方式；嵌入式无线通讯板可根据实际需要，选择对应的无线通讯系统，形成一系列预设尺寸、不同无线通讯方式的嵌入式无线通讯板。

连接器包括多种引脚资源，可用于嵌入式无线通讯板与外围设备电路的连接，便于设备快速更换嵌入式无线通讯板而无需重新设计。

传统技术中，不同通讯方式的无线模块的尺寸和引脚不同，无法直接替换；本发明实施例中，嵌入式PCB板尺寸可根据需求进行设定，形成一系列尺寸相同、通讯方式不同的嵌入式无线通讯板；安装有该嵌入式无线通讯板的设备可在需要更换无线通讯方式时，选取对应的无线通讯方式的嵌入式无线通讯板，直接进行嵌入置换，不需要对设备底板进行重新设计，解决无线通讯在布局上的局限性问题和使用灵活性问题。

本发明实施例根据对无线通讯方式的需求，Cortex-M7处理器系统能够与不同的无线通讯系统集成，通过连接器将处理器系统剩余资源引出，形成一系列尺寸、引脚兼容的嵌入式无线通讯板；实现设备在需要不同的无线通讯方式时，可快速进行嵌入式无线通讯板替换而无需重新设计，解决无线通讯的布局局限性问题，提高设计的灵活性。

本发明实施例的嵌入式无线通讯板可应用于物联网、人机界面以及电机控制等。一系列嵌入式无线通讯板的结构尺寸、连接器规格和引脚信号定义等完全兼容，通过更换设备应用底板上安装的嵌入式无线通讯板，即可实现不同的无线通讯功能，大大提高了系统设计的灵活性。

在一个实施例中，如图2所示，图2为一个实施例中嵌入式无线通讯板的不同通讯方式的结构示意图，无线通讯系统为Wi-Fi无线通讯系统、ZigBee无线通讯系统、LoRa无线通讯系统、蓝牙无线通讯系统或Mifare无线通讯系统。

具体而言，无线通讯系统可为Wi-Fi无线通讯系统、ZigBee无线通讯系统、LoRa无线通讯系统、蓝牙无线通讯系统或Mifare无线通讯系统；嵌入式无线通讯板的通讯方式可为Wi-Fi、ZigBee、LoRa、蓝牙或Mifare。

需要说明的是，一个嵌入式无线通讯板仅包含一种无线通讯方式，比如一个Wi-Fi无线通讯板(属于嵌入式无线通讯板)仅有Wi-Fi无线通讯功能，一个ZigBee无线通讯板(属于嵌入式无线通讯板)仅有ZigBee无线通讯功能，一个LoRa无线通讯板(属于嵌入式无线通讯板)仅有LoRa无线通讯功能，以此类推。

在一个实施例中，无线通讯系统包括连接Cortex-M7处理器系统的无线芯片或无线模组；

无线通讯系统还包括放大器、滤波器、匹配电路和天线RF连接器；

放大器、滤波器、匹配电路和天线RF连接器连接无线芯片；或，

放大器、滤波器、匹配电路和天线RF连接器连接无线模组。

具体而言，无线通讯系统包括无线芯片或无线模组，还包括放大器、滤波器、匹配电路和天线RF连接器；Cortex-M7处理器系统通过无线芯片分别连接放大器、滤波器、匹配电路和天线RF连接器，或通过无线模组分别连接放大器、滤波器、匹配电路和天线RF连接器。

需要说明的是，无线芯片或无线模组可用于信号处理；放大器、滤波器可用于对信号进行调节；匹配电路和天线RF连接器可用于连接天线。无线通讯系统仅需连接外部合适的天线即可。

在一个实施例中，如图3所示，图3为一个实施例中嵌入式无线通讯板的连接器结构示意图，连接器包括连接Cortex-M7处理器系统的第一双排贴片连接器、第二双排贴片连接器。

具体而言，嵌入式无线通讯板可包括第一双排贴片连接器和第二双排贴片连接器；Cortex-M7处理器系统可通过第一双排贴片连接器和/或第二双排贴片连接器引出资源，可实现外围设备与嵌入式无线通讯板的交互。

需要说明的是，同系列嵌入式无线通讯板的第一双排贴片连接器以及第二双排贴片连接器的规格和引脚信号定义等完全兼容，不同通讯方式的嵌入式无线通讯板可相互替换。

在一个实施例中，如图3所示，第一双排贴片连接器为包括外部总线引脚、SPI引脚、SDIO引脚和复位引脚的连接器；

第二双排贴片连接器为包括LCD引脚、以太网引脚、ADC引脚、I2C引脚、UART引脚、CAN引脚、SPI引脚、SDIO引脚和USB引脚的连接器。

具体而言，第一双排贴片连接器可包括外部总线引脚、SPI引脚、SDIO引脚和复位引脚等；第二双排贴片连接器可包括LCD引脚、以太网引脚、ADC引脚、I2C引脚、UART引脚、CAN引脚、SPI引脚、SDIO引脚和USB引脚等。

需要说明的是，不同通讯方式的嵌入式无线通讯板的绝大多数引脚资源是相同的，仅无线通讯系统中占用的部分稍有不同，比如Wi-Fi使用的是SPI和GPIO资源，ZigBee使用的是UART和GPIO资源，Mifare使用的SPI和GPIO资源等等，连接器包括多种引脚，可保证设备在需要不同的无线通讯方式时，可以对嵌入式无线通讯板进行快速的替换而无需重新设计；既无需担心无线通讯系统的设计问题，也无需考虑不同的嵌入式无线通讯板的尺寸和布局问题，提高了设备系统设计的灵活性，降低了设备系统设计的整体成本。

在一个实施例中，如图3所示，第一双排贴片连接器为60pin连接器；第二双排贴片连接器为80pin连接器。

具体而言，第一双排贴片连接器可为60pin，上面包含了外部总线、SPI、SDIO和复位等资源；第二双排贴片连接器为80pin，上面包含了LCD、以太网、ADC、I2C、UART、CAN、SPI、SDIO和USB等资源。连接器具体的引脚排列定义可如图3所示。

在一个实施例中，连接器(包括第一双排贴片连接器和第二双排贴片连接器)的引脚间距为0.5mm(毫米)，高度为2.2mm，并可安装在了嵌入式PCB板的底面；除了嵌入式PCB板上的器件使用的引脚资源外，其他资源都可通过底面的双排贴片连接器引出。

在一个实施例中，如图4所示，图4为一个实施例中嵌入式无线通讯板的第二示意性结构图，Cortex-M7处理器系统包括分别连接无线通讯系统、连接器的Cortex-M7处理器，以及连接Cortex-M7处理器的内存、电源电路、复位电路、数据存储器和程序存储器。

具体而言，Cortex-M7处理器系统可包括Cortex-M7处理器、内存、电源电路、复位电路、数据存储器以及程序存储器；Cortex-M7处理器分别连接内存、电源电路、复位电路、数据存储器以及程序存储器。

需要说明的是，Cortex-M7处理器可为Cortex-M7的NXP i.MXRT1050系列处理器；复位电路可包括看门狗。

在一个实施例中，如图5所示，图5为一个实施例中嵌入式无线通讯板的嵌入式PCB板的结构示意图，预设尺寸包含长度尺寸和宽度尺寸；

长度尺寸的取值范围为46至50毫米；

宽度尺寸的取值范围为28至32毫米。

具体而言，嵌入式PCB板的尺寸可为：长度在46至50毫米之间，宽度在28至32毫米之间；根据实际需要，可制备一系列尺寸固定、通讯方式不同的嵌入式无线通讯板。

在一个实施例中，如图5所示，嵌入式PCB板为开设有固定圆孔以及缺口的矩形PCB板；

长度尺寸为48毫米；

宽度尺寸为30毫米；

固定圆孔的数量为2个、3个或4个；固定圆孔的孔径取值范围为2至2.2毫米，或2.2至2.4毫米；

缺口为半圆弧缺口。

具体而言，嵌入式PCB板的尺寸可为48mm(毫米)*30mm，并开设有固定圆孔以及缺口；固定圆孔的数量为至少2个，固定圆孔的孔径为2至2.2毫米，或，2.2至2.4毫米。

具体的，嵌入式PCB板的左下角和右上角各设有一个2.2mm孔径的固定圆孔，正上方设有半圆弧缺口，用于指示嵌入式无线通讯板的安装方向，左上角设有三角形标识，用于指示连接器的第一引脚位置。

另一方面，本发明实施例还提供了一种嵌入式无线通讯设备，如图6所示，图6为一个实施例中嵌入式无线通讯设备的示意性结构图，包括设备底板；

设备底板包括如上述的嵌入式无线通讯板，以及连接嵌入式无线通讯板的外围连接器、外围设备电路和天线。

具体而言，嵌入式无线通讯设备包括设备底板，设备底板包括嵌入式无线通讯板、外围连接器、外围设备电路以及天线；嵌入式无线通讯板分别连接外围连接器、外围设备电路以及天线。

本发明实施例通过将Cortex-M7处理器系统与各种无线通讯系统组合，形成一系列结构尺寸、连接器规格和引脚信号定义等完全兼容的嵌入式无线通讯板；处理器资源通过双排贴片连接器引出，天线通过IPEX接口的RF连接器引出；通过更换不同嵌入式无线通讯板并由连接器进行连接，嵌入式无线通讯设备可实现不同的无线通讯方式，大大提高了设备系统设计的灵活性，解决设备在无线系统设计上的局限性问题。

本发明实施例的嵌入式PCB板包括Cortex-M7处理器系统以及连接Cortex-M7处理器系统的无线通讯系统、连接器；Cortex-M7处理器系统将转换无线通讯系统传输的通信信号得到的设备信号，通过连接器传输给外围设备电路；Cortex-M7处理器系统将转换外围设备电路传输的设备信号得到的通信信号，通过无线通讯系统传输给通讯设备。其中，一个无线通讯系统仅包含一种无线通讯方式，连接器包括多种引脚资源。根据无线通讯方式的需求，Cortex-M7处理器系统能够与不同的无线通讯系统集成，通过连接器将资源引出，保证设备在需要不同的无线通讯方式时，可快速进行嵌入式无线通讯板替换而无需重新设计，解决无线通讯的布局局限性问题，提高设计的灵活性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种嵌入式无线通讯板，其特征在于，包括预设尺寸的嵌入式PCB板；

所述嵌入式PCB板包括Cortex-M7处理器系统以及连接所述Cortex-M7处理器系统的无线通讯系统、连接器；

所述Cortex-M7处理器系统将转换所述无线通讯系统传输的通信信号得到的设备信号，通过所述连接器传输给外围设备电路；所述Cortex-M7处理器系统将转换所述外围设备电路传输的设备信号得到的通信信号，通过所述无线通讯系统传输给通讯设备。

2.根据权利要求1所述的嵌入式无线通讯板，其特征在于，所述无线通讯系统为Wi-Fi无线通讯系统、ZigBee无线通讯系统、LoRa无线通讯系统、蓝牙无线通讯系统或Mifare无线通讯系统。

3.根据权利要求1所述的嵌入式无线通讯板，其特征在于，所述无线通讯系统包括连接所述Cortex-M7处理器系统的无线芯片或无线模组；

所述无线通讯系统还包括放大器、滤波器、匹配电路和天线RF连接器；

所述放大器、所述滤波器、所述匹配电路和所述天线RF连接器连接所述无线芯片；或，

所述放大器、所述滤波器、所述匹配电路和所述天线RF连接器连接所述无线模组。

4.根据权利要求1所述的嵌入式无线通讯板，其特征在于，所述连接器包括连接所述Cortex-M7处理器系统的第一双排贴片连接器、第二双排贴片连接器。

5.根据权利要求4所述的嵌入式无线通讯板，其特征在于，所述第一双排贴片连接器为包括外部总线引脚、SPI引脚、SDIO引脚和复位引脚的连接器；

所述第二双排贴片连接器为包括LCD引脚、以太网引脚、ADC引脚、I2C引脚、UART引脚、CAN引脚、SPI引脚、SDIO引脚和USB引脚的连接器。

6.根据权利要求4所述的嵌入式无线通讯板，其特征在于，所述第一双排贴片连接器为60pin连接器；所述第二双排贴片连接器为80pin连接器。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的嵌入式无线通讯板，其特征在于，所述Cortex-M7处理器系统包括分别连接所述无线通讯系统、所述连接器的Cortex-M7处理器，以及连接所述Cortex-M7处理器的内存、电源电路、复位电路、数据存储器和程序存储器。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的嵌入式无线通讯板，其特征在于，所述预设尺寸包含长度尺寸和宽度尺寸；

所述长度尺寸的取值范围为46至50毫米；

所述宽度尺寸的取值范围为28至32毫米。

9.根据权利要求8所述的嵌入式无线通讯板，其特征在于，所述嵌入式PCB板为开设有固定圆孔以及缺口的矩形PCB板；

所述长度尺寸为48毫米；

所述宽度尺寸为30毫米；

所述固定圆孔的数量为2个、3个或4个；所述固定圆孔的孔径取值范围为2至2.2毫米，或2.2至2.4毫米；

所述缺口为半圆弧缺口。

10.一种嵌入式无线通讯设备，其特征在于，包括设备底板；

所述设备底板包括如权利要求1至9所述的嵌入式无线通讯板，以及连接所述嵌入式无线通讯板的外围连接器、外围设备电路和天线。