在本系列的第1部分和第2部分中，我们研究了低成本和小型窄频带AM-， FM-， FSK-，和pskstyle收音机的专业和一次性用途。虽然许多分布式传感器和控制系统可以利用这些类型的一次性收音机的低成本和更简单的特性，但许多人不能也需要一个微控制器来监控、获取、处理、格式化、压缩、记录、加密和发送数据。

　　许多高性能、低成本的单片机都是外围设备，采用串行协议，需要外部数字控制器。这意味着一个外部的嵌入式微控制器，如果空间和成本参数是可以达到的，这可能不是一个问题。

　　然而，这种嵌入式智能也可以通过无线电芯片本身来实现。一个设备制造商使用的方法是将通用微处理器用于无线电操作，同时为用户应用留出空间。这使得一个小的、低成本的、低功耗的解决方案仍然可以使用，它的好处是现代数字协议支持点对点、广播、点对点、即位和网格类型的架构，可以利用“云”。

　　更重要的是，随着现代处理器先进的芯片功能，高传输功率和低干扰技术，如扩频、PIN-code调制、AES加密、仲裁、碰撞检测和回避功能等都可以实现。

　　本文将研究单片机的无线电收发器，它将一个微控制器嵌入到收音机中以达到更高的性能。这里所引用的所有部件、数据表、教程和开发系统都可以在电子密钥网站上找到。

　　一个跳

　　现代射频协议(如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、RF4CE、6LowPAN等)的一个关键优点是它们可以跳频。可用带宽的划分意味着，即使在ISM 2.4 GHz频段内，一些设备也可以同时运行，大多数情况下不会出现命中或错误。

　　现代扩频技术可以使用更先进的调制技术和体系结构，包括正交频分复用(OFDM)、频率跳频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)、多输入/多输出(MIMO)等。不同的波段和序列的划分不仅允许两个或多个相同的设备和协议的互操作性，而且还允许使用不同协议的多个不同的设备共享相同的带宽和距离。

　　DSSS具有更高的容量和更大的波段操作，但对环境因素如反射很敏感。点对点或短距离跳投是DSSS技术的良好应用，它通常用于办公大楼、建筑物之间的无线局域网，甚至是在蜂窝系统中的基站连接。

　　当通信是轻的时候，DSSS通信可以使用非重叠通道更可靠地运行(图1A)。如果有保证的清洁和非竞争的空域，点对点链路可以实现更高的吞吐量，而不是通过共享和重叠的通道(图1B)实现。

　　非重叠和重叠通道的图像。

　　图1A(顶部):当通道不重叠时，设计人员可以依靠更高的吞吐量，并且在没有竞争的流量时，总体上更可靠的链接。当通道重叠时(图1B，底部)，吞吐量可以很好，但是由于冲突、重试和格式错误的包需要使用结构化数据协议(STP)重新发送数据，需要设计更多的弹性。

　　FHSS在不同的载波频率范围内使用窄带信号，不受噪声的影响，一般来说，它是一种更稳健的技术。FHSS的一个关键好处是，更多的设备可以同时在一个地理区域内运行。这些“配置系统”让FHSS系统覆盖了大量节点的更广泛的区域。

　　尽管窄带传输方案将传输功率限制在1兆瓦级，但在任何时候，可以在任意时间内爆发多达1 W(1000倍以上的功率)的扩频ISM带协议。FHSS系统可以在其指定的非重叠带中提供更高的功率脉冲(图2)。这明显高于固定窄带，甚至优于DSSS。这使得该技术非常适合于视线传感器系统，例如固定位置的环境传感器，以及移动的动物跟踪传感器。固定位置传感器，如地震仪、海洋传感器和火山气体传感器，可以利用定向天线的优势进一步提高性能。

　　FHSS的图像扩频功率谱。

　　图2:当使用扩展频谱，尤其是FHSS时，可以使用更高的瞬时功率级别，它可以使用不重叠的通道来触发数据包。

　　系统设计人员还可以使用分时复用技术编码到这些大量的传感器中，以进一步提高基于每个传感器的内部实时时钟的吞吐量。如果设计了综合能量收集，这些远程传感器就可以无限运行。

　　现代2.4和5 GHz ISM波段网络的缺点之一是无法穿透墙壁和隔板的表面。较低的频率通常能更好地通过屏障和障碍物进行传输。如果一个应用程序是视线范围内的，或者是相对没有障碍的固体表面，这不是一个问题。

　　加密可能是关键

　　无人飞行器(uav，又称无人驾驶飞机)是一个很好的例子，它应用于安全的、一次性的高端无线电设备，或者是作为主动目标的战争机器，或者是被远程控制的车辆发送到危险的环境，比如燃烧的建筑物。在许多情况下，高可靠性、冗余和设备可能无法使其回家的期望都被绑定到设计者的计算中。在这里，加密是关键，特别是在控制方面。

　　在选择单片机时要考虑的一个因素是使用的加密解决方案的类型。硬件加速部分的微处理器可以大大加快这一任务，而不是更多的软件密集型的方法。这可以让处理器在突发模式下使用，然后休眠以节省能源。

　　另一个关键决策是处理资源的分布或奇点。许多单片机的微型和无线电解决方案都包含有足够马力的处理器来控制收音机以及运行一个用户应用程序或两个程序。使用单个处理器，而不是将无线芯片上的嵌入式进程转换为专用的无线控制器外围设备，可以节省空间、时间、金钱和第二个代码开发项目。

　　芯片和模块制造商都支持这种方法，但设计者需要选择一个处理器/无线电组合，并且有足够的资源和性能。幸运的是，许多供应商为嵌入的微型软件提供了免费的堆栈软件，从而降低了API调用的无线电功能。这与全面的开发系统和应用程序支持相结合可以节省大量的时间。

　　可用选项

　　嵌入式处理器和无线组合芯片使用Von Newman、哈佛、RISC和cisc类型的处理器从8位到32位的架构。每个人都有自己理想的地方和应用。小尺寸和低成本可能是因素，因为可以熟悉特定的体系结构。令人惊讶的是，有很多8位竞争者。

　　Atmel AVR架构展示了这一点，它利用了高性能的高级RISC 8位处理器，可以在1.8伏特的情况下传输16个mip。例如，ATMEGA128RFA1-ZU被封装在一个相当小的64-pin VFQFN包中，并且可以使用这个atmegaseries部分来实现高达2 Mbit/sec的数据速率。

　　注意，除了基于网格的ZigBee协议之外，该部分还处理6LoWPAN、RF4CE、SP100、IPV6、WirelessHart和其他ism格式的协议，支持800-900 MHz，以及2.4 GHz的无线电。

　　一百二十八K的Flash和4 K的EEPROM是芯片上的，还有16k的用户RAM。它的1.8-3.6伏的工作范围大约在12至15 mA之间，而收音机是活跃的，并且在深度睡眠模式下，<250纳米安培。

　　理想的遥测和远程数据采集，这部分有10位A/D转换器，有330 K样本/sec的速率，以及在硬件上的芯片温度传感器和AES安全。很少有外部元件允许小型PC板，你可以使用实时时钟32.768 KHz晶体作为低功率振荡器，同时保持实时。

　　用户程序通过Jtag加载，开发系统支持可用于ZigBee的AVR(使用ATAVR128RFA1-EK1)和RF4CE(与ATRF4CE-EK)。有几个在线产品培训模块，包括ZigBee Low Power Apps的介绍。

　　像Atmel ATMega256RFR2这样的更大的兄弟添加了更多的Flash和RAM，允许重新使用设计代码和可伸缩性。也为ATMega256系列提供了Eval/Dev组件。

　　另一个强大的8位解决方案来自Cypress，它的CYRF69303-40LTXC基于流行的M8C核心。这里的一个很好的特性是一个动态的数据速率接收器，它自动为正确的波特率设置自己。如果RF条件是有噪声的，这将有助于降低数据速率。它也有一个漂亮的250 Kbit/sec的DSSS模式，并且高达1兆比特/秒的GFSK模式，这是理想的爆破小块数据。

　　德州仪器在这个领域有一个有趣的参与者。使用蓝牙协议，该公司提供了流行的8051的CC2541F128RHAT，既支持经典的流模式，也支持4.0的低能量模式。克服每个指令周期的旧限制有助于提高性能，256 K闪存为用户代码提供了大量空间。8 K的RAM足够用于缓冲区，许多应用程序的数据速率高达2 mbit /sec。

　　虽然很多人认为这个8比特的内核会耗尽马力，但事实并非如此。TI解决方案提供了一些很好的特性，比如可编程输出功率级、自动地址解码、12位A/D转换器、AES安全性和DMA。增强的USARTs可以处理7个串行协议。

　　像大多数其他单片机的微型/无线电组合一样，主晶体和32.768 KHz实时时钟晶体都可以用来驱动处理器。代码选择性允许低功率睡眠模式。和其他单片机一样，需要很少的外部电路，释放大量的I/O(图3)。

　　德州仪器CC2541单片机。

　　图3:当微控制器和无线电系统可以在单个芯片上共存时，通常很少需要外部组件来实现无线数据链路。这为手头的任务留下了丰富的数字和模拟I/O。

　　用它

　　虽然许多8- 16位处理器对于大多数远程数据收集和经常使用的操作来说是足够的，但有时需要更大的马力，以使微处理器能够快速地唤醒、获取、处理和发送，以尽可能快地保存和保存电力储备。因此，大多数现代、高端和高吞吐量的ism波段收音机使用的是32位通用架构处理器，比如ARM家族。

　　例如，硅实验室的32位ARM皮质-M3 EM3582-RTR是一个meatier和更高端的单片机和无线芯片组合。设计用于处理更多的流程和资源密集型的ZigBee Mesh协议，它为开发人员提供了大量的定制和编程资源，包括512 Kbytes的Flash和64kbytes的RAM。

　　这些部件的一个很好的特点是，它们被设计成专门与蓝牙和Wi-Fi网络共存。这意味着数据更有可能在交通繁忙的地区获得通过。921.6 Kbits/sec的数据也相当不错。

　　总之

　　仅仅因为一个无线电连接将被处理或在它的预定目标完成后再也没有听到，并不意味着它必须是功能有限的，不可靠的，并且很难发展。正如我们所看到的，在这个行业中，有几位重量级的击球手已经站出来，他们可能会为你打出本垒打。