CN205017318U - 一种新型智能无线通信模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型智能无线通信模组，包括天线和射频支路切换单元，Atmega128RFA1无线通信部件，51pin外扩接口单元，USB串口转换单元、供电和切换电路单元、状态指示器。其中天线和射频支路切换单元用于选择天线进行数据的接收和发送；Atmega128RFA1无线通信部件用于接收和执行命令，同时可以将控制命令调制后输出到天线；51pin外扩接口单元包含了芯片的41根引脚引出线和电源端口；USB串口转换单元实现在pc端通过串口和ATMEGA128RFA1通信；供电和切换电路单元提供了外接电源端子、电池、USB三种供电方式；状态指示器用于指示智能无线模组运行过程中的状态和错误信息。

Description

一种新型智能无线通信模组

技术领域

本实用新型涉及一种新型智能无线通信模组，特别涉及物联网和和工业控制等智能化应用领域，具体给出新型智能无线通信模组的设计结构。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展和物联网应用的不断拓展，各行业越来越多地将各种事物通过无线方式连接到网络中，实现数据采集和无线控制，包括照明灯、电表、控制设备等。

目前在物联网技术的应用中，由于无线通信技术本身具有一定的设计门槛，在各行业应用的时候由于无线的复杂性，设计人员难以设计出稳定的无线通信设备和系统从而影响无线技术的推广；同时由于各行业的应用千差万别，某个行业稳定的无线设备可能难以直接应用在其他行业中。现有的无线应用方式通常采用邮票孔封装的小模块通过贴片的方式焊接到应用设备的底板上，这样的方式往往需要对每种设备进行具体的定制，比较繁琐且需要一定的专业知识，应用的灵活性和扩展性比较弱。

本实用新型提出的一种新型智能无线通信模组，通过创新的设计方法，解决目前物联网应用中的无线装置设计复杂和应用需求众多的问题。通过天线切换设计方式，可以适应从PCB板上的陶瓷天线到外接SMA标准胶棒天线的多种天线接口方式，同时通过51pin的外接贴片座，可以将SOC无线处理器所有的资源引出以满足各种各样的设计需要；同时电源设备的设计独特性使得本模组支持USB供电、外接电源供电和电池供电等多种供电方式，很大程度提高了各类应用扩展的支持。通过将本模组应用到各行业中，只要搭配不同的外壳设计，就可以实现广泛的各行业无线通信的应用产品。

实用新型内容

一种新型智能无线通信模组，包括天线和射频支路切换单元、Atmega128RFA1无线SOC通信单元、51pin外扩接口单元、USB串口转换单元、供电和切换电路单元、状态指示器单元；其中天线和射频支路切换单元对板载陶瓷天线或者SMA外接胶棒天线通信方式进行切换，选择天线进行数据的接收和发送；Atmega128RFA1无线SOC通信单元将接收到802.15.4数据帧的芯片进行解调并送入内部的处理器进行帧处理，并将控制命令调制后输出到天线；51pin外扩接口单元包含了芯片的41根引脚引出线和电源线；USB串口转换单元将USB端口信号转化为UART口信号，并和ATMEGA128RFA1的UART引脚相连，实现在pc端通过虚拟串口和ATMEGA128RFA1通信功能；供电和切换电路单元提供了外接电源端子、AA电池以及USB三种供电方式，并通过微型拨动开关实现不同供电方式的切换；状态指示器由红绿蓝黄4种颜色的LED排列构成，用于指示智能无线模组运行过程中的状态和错误信息。

进一步地，所述的天线和射频支路切换单元，包括通过Balun输出的射频信号走线和通过左转90度引出到陶瓷天线的射频走线，以及通过右转90度引出的到SMA天线座的射频走线，射频走线分离处通过高频耦合电容进行射频连接，并且两边高频耦合电容在分立前的射频走线上焊盘重叠。

进一步地，所述的51pin外扩接口单元采用间距为1mm的DF9-51贴片母座并采用表面贴片方式与底板焊接，母座上的43个引脚和Atmega128RFA1中除了芯片射频输出RFP和RFN引脚外的所有引脚逐一连接，其余8个引脚保持留空。

进一步地，所述的USB串口转换单元，包括MicroUSB接口、CP2102转换芯片和零欧姆电阻，其中的CP2101芯片的RXD和TXD引脚，各自通过一个零欧姆电阻和ATMEGA128RFA1的TXD和RXD连接，实现PC端和ATMEGA128RFA1处理器进行串口通信功能。

进一步地，所述的供电和切换电路单元，包括和MicroUSB的5V端口连接的TPS79333芯片、电池盒接口、外接2Pin电源座子；其中TPS79333将5V电源输出转化成3.3v输出并通过肖特基二极管进一步降压后给系统提供3V电源；外接电源端子和电池盒电源接口并联连接，可以采用电池或者外接接口供电；当拨动开关拨动到第一端口时候接通MicroUSB转化得到的3V电源，拨动开关拨到第二端口时候连接外接电源端子和电池盒提供的电源。

附图说明

图1是本实用新型一种新型智能无线通信模组总体构架框图。

图2是本实用新型的射频支路切换设计结构图。

图3是本实用新型的供电切换电路。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施实例对本技术方案进行进一步说明。

如图1所示是一种新型智能无线通信模组的总体设计框图。其天线和射频支路切换单元包含Johanson公司的2450BM15A0002匹配巴伦，将芯片输出的差分射频信号通过匹配巴伦转化成为2.4Ghz的单端输出射频信号，然后通过50欧姆阻抗线引出并通过通过一个2.2pf0402封装的村田高频电容分成2个分支，两个分支连接在单端输出阻抗线上的焊盘重叠，从而使得应用时候可互斥地选择不同的天线分支，如图2所示。两个射频分支中一个分支将射频信号输入到Johanson公司的2450AT45A100陶瓷天线，该天线具有3.0dbi的峰值增益和1.0dbi的平均增益，从而在应用中可以在不用外接天线的情况下，实现良好的通信性能，而另外一个分支连接在标准的SMA天线座上，可以外接内螺内针的胶棒天线从而达到更好的通信性能。其中的两个射频分支都是采用50欧姆阻抗走线保证射频信号的低损耗传输。

Atmega128RFA1无线通信部件采用Atmel公司的Atmega128RFA1Soc处理器作为核心，其中包含了一个符合IEEE802.15.4标准的无线收发器，以及一个AVR为内核的单片机，最大速率支持2Mbps。当Atmega128RFA1的无线收发器接收到802.15.4数据帧的时候，由硬件进行解析生成完整的包送给内部的AVR单片机，而当有数据需要发送的时候，也是通过AVR单片机将数据传输给内部的无线收发器并通过2.4G无线方式发送出去。Atmega128RFA1Soc处理器的和匹配巴伦之间的引脚距离设置为1.8mm以减少射频损耗，并且通过短引脚外接YXC的16Mhz晶振和Epson32.768Khz晶振，保证Soc处理器的高频和低频部分都正常工作。Soc处理器的PF3引脚和Reset引脚各自通过一个10K欧姆的上拉电阻连接一个按钮，从而实现模组按键复位功能和用户自定义按钮触发功能。

进一步地，本方案的51pin外扩接口单元采用广濑公司的DF9B-51S-1V高性能连接器将Atmega128RFA1Soc处理器的除RFP和RFN以外的所有引脚引出，连接器的引脚间距仅为1mm从而能够实现小巧紧凑的外扩功能，用户可以自己灵活设计传感器板或者其他功能板，并通过DF9B-51P-1V的高性能连接器和本模组进行插接从而实现灵活的功能板设计。连接器均采用贴片方式，从而可以在用户开发的功能板上再次层叠功能板，实现更多功能的扩充。

本技术方案设计中，MicroUSB座采用贴片方式焊接在模组电路板的边缘，并和CP2102芯片之间通过USB信号线连接，CP2102芯片的串口RXD和TXD引脚通过0402封装的厚生0欧姆电阻和Atmega128rfa1的URAT引脚进行连接，从而使得模组通过USB线连接到PC端时候，实现PC端通过串口方式和Atmega128RFA1Soc处理器通信。USB贴片座上电源引脚的5V输出通过TI公司的TPS79333芯片转化成为3.3V电源输出，再通过一个ON(安森美)公司的MBR0540T3G肖特基二极管将电压降为3V从而给模组上其他电路供电。模组底板上同时设计了3V电池盒供电引脚和2P外接电源接口部件，通过一个7pin的贴片微型拨动开关进行选择，当贴片微型拨动开关处于左边位置时候，接通TPS79333转化的3V电源，反之如果微型拨动开关处于右边位置的时候，接通电池和外接2pin接口电源，如图3所示，从而实现灵活的供电方式选择。

本技术方案设计中，采用红绿蓝黄4颗0603封装的LED发光二极管通过贴片焊接在底板边缘，每颗LED发光二极管的负极通过串联一个0402封装的560欧姆电阻连接Atmega128RFA1Soc处理器的PE2-PE5引脚，正极连接到电源正极上，实现丰富的状态指示方便模组工作状态监测和异常汇报。

Claims (5)

1.一种新型智能无线通信模组，其特征在于包括天线和射频支路切换单元、Atmega128RFA1无线SOC通信单元、51pin外扩接口单元、USB串口转换单元、供电和切换电路单元、状态指示器单元；其中天线和射频支路切换单元对板载陶瓷天线或者SMA外接胶棒天线通信方式进行切换，选择天线进行数据的接收和发送；Atmega128RFA1无线SOC通信单元将接收到802.15.4数据帧的芯片进行解调并送入内部的处理器进行帧处理，并将控制命令调制后输出到天线；51pin外扩接口单元包含了芯片的41根引脚引出线和电源线；USB串口转换单元将USB端口信号转化为UART口信号，并和ATMEGA128RFA1的UART引脚相连，实现在pc端通过虚拟串口和ATMEGA128RFA1通信功能；供电和切换电路单元提供了外接电源端子、AA电池以及USB三种供电方式，并通过微型拨动开关实现不同供电方式的切换；状态指示器由红绿蓝黄4种颜色的LED排列构成，用于指示智能无线模组运行过程中的状态和错误信息。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能无线通信模组，其特征在于所述的天线和射频支路切换单元，包括通过Balun输出的射频信号走线和通过左转90度引出到陶瓷天线的射频走线，以及通过右转90度引出的到SMA天线座的射频走线，射频走线分离处通过高频耦合电容进行射频连接，并且两边高频耦合电容在分立前的射频走线上焊盘重叠。

3.根据权利要求1所述的一种新型智能无线通信模组，其特征在于所述的51pin外扩接口单元采用间距为1mm的DF9-51贴片母座并采用表面贴片方式与底板焊接，母座上的43个引脚和Atmega128RFA1中除了芯片射频输出RFP和RFN引脚外的所有引脚逐一连接，其余8个引脚保持留空。

4.根据权利要求1所述的一种新型智能无线通信模组，其特征在于所述的USB串口转换单元，包括MicroUSB接口、CP2102转换芯片和零欧姆电阻，其中的CP2101芯片的RXD和TXD引脚，各自通过一个零欧姆电阻和ATMEGA128RFA1的TXD和RXD连接，实现PC端和ATMEGA128RFA1处理器进行串口通信功能。

5.根据权利要求1所述的一种新型智能无线通信模组，其特征在于所述的供电和切换电路单元，包括和MicroUSB的5V端口连接的TPS79333芯片、电池盒接口、外接2Pin电源座子；其中TPS79333将5V电源输出转化成3.3v输出并通过肖特基二极管进一步降压后给系统提供3V电源；外接电源端子和电池盒电源接口并联连接，可以采用电池或者外接接口供电；当拨动开关拨动到第一端口时候接通MicroUSB转化得到的3V电源，拨动开关拨到第二端口时候连接外接电源端子和电池盒提供的电源。