汽车新热点:T-BOX系统解决方案深度剖析之无线连接单元

远程信息处理控制单元TCUT-BOX)是一种嵌入式车载系统,可应用于车辆的无线跟踪与通信等领域。

在本系列的文章中会依次对以下主要模块进行详细介绍:

第一节:电源轨

第二节:充放电管理

第三节:接口 

第四节:紧急呼叫单元

第五节:无线连接单元;

第五节:无线连接单元 

T-BOX中,无线连接单元主要包括以下四个模块,GSM/GPRS/LTE,GPS,Wi-Fi以及Bluetooth。

图- 1

 

1)  GSM/GPRS/LTE

GSM/GPRS/LTE都属于移动通信技术。GSM(Global System for Mobile Communications)是第二代移动通信系统,也就是我们常说的2G;GPRS(General Packet Radio Service)是基于GSM 基础上开发的通用分组无线业务,俗称2.5G;LTE(Long Term Evolution)则是第四代移动通信系统,也就是3.9G,LTE-A为4G。

它们的速度等级如下式所示:GSM < GPRS < LTE。通常情况下,这些通信系统不单独存在,例如高通处理器集成了4G通信模块。正如前面的紧急呼叫单元提及,当遇到紧急状况时,呼叫中心通过这些通信模块与车主通话取得联系。

2)GPS

GPS(Global Positioning System)主要为跟踪或导航提供车辆的位置坐标。正如前面的紧急呼叫单元提及,当遇到紧急状况时,呼叫中心可以通过GPS模块获取车辆的具体定位,从而及时展开救援工作。

3) Wi-Fi

T-BOX的应用中,Wi-Fi主要以无线热点的形式连接车上的电子设备,如手机、平板、电脑等。TI的解决方案包括SimpleLink™ Wi-Fi® solutions以及WiLink™ 8 solutions。

SimpleLink™ Wi-Fi® solutions依赖于微控制器系统,微控制器只是想添加以太网功能,以便发送简单的状态信息或接收控制命令,用户无需精通射频/Wi-Fi理论即可迅速开启设计,缩短开发周期;WiLink™ 8 solutions应用于对吞吐量、性能和集成度要求较高的典型微处理器系统,如硬盘驱动、电子书等。它们的区别可总结如下表-1所示:

 

SimpleLink Wi-Fi

WiLink

 

Wireless MCU (SoC)

Network Processor

主处理器

MCU (内部集成)

MCU(外部)

MPU(外部)

操作系统

RTOS /None

Linux/Android/RTOS

数据吞吐量(MBPS)

<20

100

支持带宽(GHz)

2.4

2.4/5

集成网络协议 TCP/IP

物联网端到端安全

低功耗优化

监控认证

Wi-Fi+BLE共存

√(BLE外置)

√(BLE+BT集成)

SimpleLink MCU平台支持

云物联网支持

HomeKit, AWS, Azure, IBM and more

HomeKit

相关产品

CC3200

CC3100

WL1801,WL1805,WL1807,

WL1831,WL1835,WL1837

表- 1

T-BOX的应用中可使用WiLink系列,如WL1831。该系列的6款芯片主要区别在于是否带有低功耗蓝牙、TX电流大小以及工作温度范围等。主要区别如表-2所示。

 

 

WL1801

WL1805

WL1807

WL1831

WL1835

WL1837

处理器

External MPU

技术支持

Wi-Fi

Bluetooth low energy/Wi-Fi

数据吞吐量(MBPS)

100

RX灵敏度(dBm)

-96

TX电流(mA)

247

247

238

247

247

238

工作温度范围 (℃)

-20 to 70

-20 to 70

-40 to 85

-20 to 70

-20 to 70

-40 to 85

封装

MOC (100 pin LGA Module)

表- 2

该系列特点列举如下:

  • 设计简捷:集成了射频以及电源管理部分,即使不需具备射频/Wi-Fi的专业知识也能随时开启设计;
  • 性能优越:优化了实时在线配置文件功能;在使用电池供电的场合可采用低功耗模式;高吞吐量;覆盖范围广。

 

关于WiLink系列的详细介绍、入门指南、校正与测试、认证信息等可点击以下链接:

 

TI有也提供相应的评估板:

4) Bluetooth

将蓝牙技术应用于汽车领域的原因有很多:与智能手机和可穿戴设备有良好的互操作性;低功耗,在电池供电场合下可延长使用时间;模块小巧,不会占用太多汽车空间;为许多新出现的应用程序提供高性价比的解决方案,例如汽车门禁、汽车共享、遥控泊车等,这引发了智能手机等互联设备的新一轮创新。

TI的车规级低功耗蓝牙芯片包括CC2640R2F-Q1以及CC2541-Q1,它们的区别如下表所示:

参数

CC2640R2F-Q1

CC2541-Q1

温度范围

-40°C to 105°C (Grade 2)

蓝牙规范

Bluetooth v4.2 +

Bluetooth v4.0

SW升级可用于将来的BLE规格更新

供电电压范围

1.8 – 3.8 V

2.0 – 3.6 V

电流消耗@ 最大RX 灵敏度

电流消耗@ TX输出功率为0dBm

6.2 mA

6.9 mA

18.3 mA

18.6 mA

操作系统

√(TI-RTOS)

片上DC-DC

关机电流

150 nA

500 nA

待机电流

1 µA

1 µA

MCU

32-bit ARM Cortex-M3 (48 MHz)

8-bit 8051 (32 MHz)

嵌入式Flash / RAM

128 KB + 8 KB cache / 20 KB + On Chip ROM

256 KB / 8 KB

输出功耗

+5 dBm

0 dBm

接收灵敏度

-97 dBm

-94 dBm

链路预算

102dB

94dB

封装

车规级RGZ QFN48-7x7 w

RHA QFN40-6x6 w

同步连接

Up to 8 (Multi-Role)

Up to 3 (Central to Peripheral)

GPIO

31

23

表- 3

TI主推CC2640R2F-Q1,其特点列举如下:

  • 超低功耗:待机电流为1 µA,可在汽车模块上实现长久电池寿命和较低空间占有率;
  • 射频性能优异,超长传输距离:灵敏度达97dBm,链路预算达102dB;
  • 可靠性高:通过AEC-Q100 认证,温度范围为 -40°C 到105°C (Grade 2),采用可湿侧面封装;
  • 灵活的平台支持:具有独立应用和无线领域的多核SoC,支持蓝牙 4.2 和蓝牙 5。

 

TI有相应的评估板以及软件支持:

 

更多技术支持以及学习资料如下:

本系列其他文章链接: 

  • 无线连接单元用于实现T-Box的车辆定位和无线通信功能。车辆定位毫无例外地使用卫星定位,如GPS、COMPASS、GLONASS等卫星导航定位系统提供的服务,远程无线通信采用成熟的商用无线通信网络服务(GSM/GPRS/LTE等),与其他车上设备的短距离无线通信采用Wi-Fi或蓝牙方式。TI在Wi-Fi和蓝牙通信方面可提供技术先进的解决方案。

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    文章基本包括了主流的一些车载无线连接:“GSM/GPRS/LTE”实现汽车与外界的联系;“GPS”实现车辆的定位;“Wi-Fi”和“Bluetooth”实现车内设备的无线连接,目前主流是Bluetooth,性价比高,功耗低,Wi-Fi是趋势。

  • 设计简捷:集成了射频以及电源管理部分,即使不需具备射频/Wi-Fi的专业知识也能随时开启设计;

    性能优越:优化了实时在线配置文件功能;在使用电池供电的场合可采用低功耗模式;高吞吐量;覆盖范围广。

  • 今后NB-IoT在汽车联网方面会有广泛的应用,应该增加这部分内容。

  • 文章对每种无线连接方式的主要应用进行了介绍,其中对WIFI,蓝牙等无线通信技术进行了详细的参数介绍,对这些无线接口有一个比较全面的认识。车规级低功耗蓝牙芯片推荐的2个芯片比较好,并且推荐的评估板对于验证蓝牙无线连接很有价值。