中原工学院信息商务学院 基于Wi-Fi技术的智能家居中继主机的研究
接收802.11b，包长1024字节，-80dBm 接收802.11g，包长1024字节，-70dBm 接收802.11n，包长1024字节，-65dBm Modem-sleep Light-sleep Deep-sleep 关机 50 56 56 15 0.9 10 5 mA mA mA mA mA μA μA
Modem-sleep用于需要 CPU一直 处于工作状态 如 PWM （脉冲宽度调制）或 I2S 应用等。在保持 Wi-Fi 连接时，如果没有数据传输，可根据 802.11标准（如 U-APSD），关闭Wi-Fi Modem电路来省电。例如，在 DTIM3时，每休眠 300ms，醒来3ms 接收路由器的Beacon包等，则整体平均电流约 15mA。
Light-Sleep 用于 CPU 可暂停的应用，如 WiFi 开关。在保持 Wi-Fi 连接时，如果没有数据传输，可根据 802.11标准（如 U-APSD），关闭Wi-Fi Modem电路、晶振和 PLL（为锁相回路或锁相环，用来统一整合时脉讯号，使内存能正确的存取资料）并暂停 CPU 来省电。
Deep-Sleep 不需一直保持WiFi连接，很长时间才发送一次 数据包的 应用，仅 RTC 电路工作，关闭其他电路，芯片处于极低功耗待机状态。如每100秒测量一次温度的传感器。例如，每300S 醒来后需 0.3~1s 连上路由器发送数据,则整体平均电流可远小于 1mA。
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图3-2 ESP8266 Wi-Fi模块
3.4 ESP8266功能
3.4.1 主要功能
ESP8266可以实现的主要功能包括：无线组网、串口透传、PWM 调控、GPIO控制等功能。利用ESP8266可以实现灵活的无线组网和网络拓扑。串口透传：数据传输，传输的可靠性好。PWM 调控：灯光调节，三色LED 调节，电机调速等。 GPIO控制：控制开关，继电器等。 3.4.2 无线组网
ESP8266支持 soft AP 模式，station 模式，soft AP + station 共存模式三种。
Soft AP即无线接入点，是一个无线网络的中心节点。通常使用的无线路由器就是一个无线接入点。 Station即无线终端，是一个无线网络的终端。
ESP8266 作为 soft AP，手机、电脑、用户设备、其他 ESP8266 station 接口等均可以作为无线终端连入ESP8266，组建成一个局域网。
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ESP8266 作为无线终端，通过路由器（AP）连入互联网，可向云端服务器上传、下载数据。用户可随时使用移动终端（手机、笔记本等），通过云端监控ESP8266模块的状况，向 ESP8266 模块发送控制指令。
ESP8266 支持 soft AP+ station 共存的模式，用户设备、手机等可以作为无线终端连入 ESP8266 的 soft AP 接口，同时，可以控制 ESP8266 的 station 接口通过路由器（AP）连入互联网。 3.4.3 串口透传
透传，即透明传输功能。Host 通过Uart将数据发给 ESP8266，ESP8266 再通过无线网络将数据传出去；ESP8266 通过无线网络接收到的数据，同理通过Uart传到Host。ESP8266 只负责将数据传到目标地址，不对数据进行处理，发送方和接收方的数据内容、长度完全一致，传输过程就好像透明一样。 3.4.4 加密方式
ESP8266支持WEP (only station)、WPA-PSK/TKI、WPA-PSK/AES、WPA2-PSK/TKIP、WPA2-PSK/AES等多种无线网络加密方式。
3.5 ESP8266模块使用介绍
3.5.1 软件调试工具
推荐使用如下一些工具作为ESP8266的调试工具。 （1）烧录工具： FLASH_DOWNLOAD_TOOLS.exe （2）串口传输工具： SecureCRTPortable.exe （3）网络调试工具： NetAssist.exe 3.5.2 网络连接
ESP8266 有两种组网接口，soft AP 接口和 station 接口，且两种接口可同时并存使用。
Soft AP 接口：手机或电脑作为
station（无线终端），连
入 ESP8266 的 soft AP 接口，如果需要调试，可用电脑连接 ESP8266 的串
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口查看 log 信息。
station 接口：ESP8266 作为无线终端，连入无线路由（AP），如果需要调试，可用电脑连接 ESP8266 的串口查看 log 信息。 3.5.3 电源管理
ESP8266芯片可以调成以下5种状态。
（1）开启状态（ON）状态：高速时钟可以运行，并发送至各个被时钟控制寄存器使能的模块。各个模块，包括CPU在内，执行较低电平的时钟门控。系统运作时，可以通过WAITI指令关闭CPU内部时钟。
（2）关闭（OFF）状态：CHIP_PD管脚处于低功率状态，RTC 失效，所有寄存器被清空。
（3）睡眠（SLEEP）：只有RTC在运行。晶体振荡器停止。任何部位唤醒（MAC、主机、RTC 计时器、外部中断）将使唤醒整个芯片。
（4）深度睡眠（DEEP_SLEEP）状态：RTC开着，芯片的其他部分都是关着的。RTC内部recovery memory可保存基本的WiFi连接信息。
（5）唤醒（WAKEUP）状态：在这种状态下，系统从睡眠状态下转为起动（PWR）状态。晶体振荡器和 PLL 均转为使能状态。 3.5.4 时钟管理
ESP8266 上的高频时钟是用来驱动Tx和Rx两种混频器的，它由内部晶振和外部晶振生成。晶振频率在 26MHz到52MHz之间浮动。尽管晶体震荡器的内部校准功能使得一系列的晶体满足时钟生成条件，但是一般来说，晶体的质量仍然是获得合适的相位噪声要考虑的因素。当使用的晶体由于频率偏移或质量问题而不是最佳选择时，Wi-Fi系统的最大数据处理能力和灵敏度就会降低。
外部时钟的频率在26MHz到52MHz之间。为了使无线电接收器良好运作，时钟必须具备以下特点：
（1）时钟振幅（VXO）0.2~1Vpp；
（2）外部时钟精准度（?FXO,EXT）-15~15ppm；
（3）相位噪声（1kHz偏移, 40MHz时钟）时最大值为-120dBc/Hz； （4）相位噪声（10kHz偏移，40MHz时钟）时最大值为-130 dBc/Hz； （5）相位噪声（100kHz偏移，40MHz时钟）时最大值为-138 dBc/Hz。
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3.6 ESP8266的应用
3.6.1 无线遥控应用
手机作为无线终端，连入ESP8266 提供的soft AP，ESP8266 可通过UART与设备相连，进行无线控制。
3.6.2 远程连接应用
ESP8266 作为无线终端，通过无线路由（AP）连入互联网，可以向云端服务器上传数据、下载固件更新；移动终端（手机、笔记本等）也可以通过云端服务器，远程控制ESP8266。
3.7 HLK-RM04简介
HLK-RM04模块在课题中用于和智能家居设备连接通信。HLK-RM04的功能说明详见附录B。HLK-RM04模块的WEB页面配置详见附录C。
HLK-RM04是深圳市海凌科电子有限公司新推出的低成本高性能嵌入式UART-ETH-WIFI (串口-以太网-无线网)模块。
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