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加快你对台式电脑Atmel 802.15.4无线解决方案的评估
来源:Atmel  时间:2014-12-19

  你可能曾经遇到这样的情况:管理层或市场部要求你为现有的产品增加无线功能,或者要求你开发能够支持无线连接的新产品。如今,市场上有多种无线技术与方案可供考虑。

  市场部很有可能已经帮你做了部分决定。

  市场部可能要求你使用无线网络(Wi-Fi)、紫蜂(Zigbee)、 6lowpan或者低功耗蓝牙(BLE)。又或者,市场部也不知道具体要做什么,只是要求你实施无线连接!

  所以,在许多会议和电话会议后,你决定使用一个基于802.15.4的解决方案。这可能包括紫蜂(Zigbee)、6lowpan、无线HART、ISA100.11a、Openwsn、Lwmesh以及许多其他无线堆栈方案,而这些都需要802.15.4兼容收发器。

  此时,你需要决定你的解决方案或你已选择的协议是使用2.4 GHz频段还是使用 SubGhz频段。有时,你需要做一些试验或射频性能评估,以便确定在特定情况下使用哪种射频频段。

  评估Atmel 802.15.4 无线解决方案时,你首先使用的工具应该是 无线产品设计套件(Wireless Composer)。作为Atmel Studio 6.x扩展产品,Wireless Composer是一款免费工具。为了简便起见,现有 Atmel 802.15.4 评估套件/平台均自带一个预编程的性能分析器固件应用程序。在评估套件上运行时,这个性能分析器固件可以用于与Atmel Studio和Wireless Composer的通信。

  Wireless Composer的功能包括:

   能力扫描:扫描所选的或所有的 802.15.4信道

   PER(误包率)测试:在特定发射功率和射频信道可以发送和接收1000帧/秒,然后在评估吞吐量指标的同时审查错误结果(丢失的比特/帧)。

   连续波测试模式:在连续测试模式下增加通过频谱分析仪或其他射频测试设备进行发射监测的设备。

   天线评估:提供大型数字显示屏,能够在距离与笔记本电脑相连的设备约3米远位置显示测试天线辐射图。

   距离测试:收集和记录两个节点间设置的无线连接产生的距离数据——该数据包含从射频连接两端获得的接收信号强度指示(能量检测信号强度)和链接质量指示(信号质量)。

  下列是Wireless Composer的一些其他实例视频截图。

  能量检测扫描模式:

  

 

  Wireless Composer(Atmel Studio 6.x的扩展产品)截图——能量检测扫描

  是否想要进行一些射频测试,想知道在你计划测试的信道中是否存在其他频率传输?也许,你的同事正在实验室或实验楼的另一个区域做实验,或者也许你在家做实验的地点附近有无线网络、蓝牙或家庭自动化设备正在运行。能量监测扫描模式,如图所示,可以让你大致了解你附近正在发生的射频活动。你可以做一次性扫描,或者你可以进行测试配置,连续扫描一个或所有信道,并重复此操作,直至你的实验结束。

  包错误率测试:

  误包率(PER)测试是基于数据包的无线通信系统执行的一种常见射频测试。

  这个测试模式能够让你在特定发射功率下通过一个已选天线方案对特定信道上的操作进行配置。然后,你就可以设定已传输帧的传送字节数,并设定你在测试中打算传送的帧数量。所有这些参数都可以在下面截图左侧所示的收发器属性板中进行配置。一旦测试开始,右手边的窗口将显示出跟测试结果有关的数据。

  这有助于在不同条件下对接收灵敏度参数和数据吞吐量特性进行配置。实例中,按20字节帧长传送1000帧,实现了零误差。

  

 

  Wireless Composer(Atmel Studio 6.2的扩展产品)截图——误包率测试模式

  连续传输测试模式:

  如果你之前尝试过开发一款无线射频产品,你应该了解这需要花费大量时间进行定期的预扫描认证测试。通常,这需要配置设备,在特定射频信道中以特定发射功率传输连续波射频发射,并通过频谱分析仪或其他射频测试设备监测射频发射。为了节省时间,Wireless Composer提供了一个有用的工具——连续发射标签,你可以点击这个标签选择一些同类型的不同测试。

  在下列例子中,未调制的连续波测试传输以高于4dBm的发射功率在信道16中已经开始了。测试结果没有上报,因为所有测量结果都来自监测射频发射的射频测试设备。

  

 

  Wireless Composer(Atmel Studio 6.2的扩展产品)截图——连续波测试模式

  天线评估距离测试数显:

  对任何无线产品而言,天线都是最重要的设计环节之一。强大的射频配上差劲的天线会导致产品性能不佳,然而一般的射频配上高质量天线却能实现良好的产品性能。因此,所有无线产品开发人员的一大任务就是要了解天线设计的特性与性能。有些天线属于板载天线,如陶瓷芯片天线或线路板跟踪天线等,而有些天线只是将外部天线与产品线路板上安装的射频连接器相连。许多板载天线的设计缩小了很多,以便减少天线所需占用的面积或空间。通常情况下,这对天线性能起到不利影响,或者至少会导致天线发射模式产生方向性。Wireless Composer的一个优点是能够使你通过运行Wireless Composer将连接个人电脑的设备放置在户内或户外的开放空间中离地面有一段高度的桌子上或三脚架上。然后,你可以点击Wireless Composer中的距离测试标签,选择“数显”模式。之后,界面将显示相关内容,具体见下文。

  当你转动或该改变天线相对链接另一端设备的方向时,可以让另一个人在距离个人电脑显示屏三米远的位置带着一个由电池供电的移动节点观看显示屏显示的能量监测/接收信号强度指示和链接质量指示的变化值。显示屏显示的是链接两端的链接质量指示和能量监测/接收信号强度指示的数值,可以用于检测设备方向改变时天线辐射图的变化。了解信号最佳的方向能够有助于你在终端安装时知道如何放置设备。你也可以获得如何设置其他距离测试的方法,例如距离一公里以上的情况,而且只需要一个能够显示你与测试中的设备是否保持通信的发光二极管。

  

 

  Wireless Composer(Atmel Studio 6.2的扩展产品)截图——距离测试数显

  带多个标记的距离测试日志(按钮标记记录):

  Wireless Composer也有一个能够将信号电平与信号质量记录于个人电脑显示屏或Excel文件的距离测试模式,如下文截图所示。

  当两个配对的装置在距离测试模式下进行配置时,连接个人电脑的设备将定期向移动设备发送一个信标帧,同时移动设备将发送一个回复至记录装置。这个活动也可以在下文截图中看到。

  无线连接两端的链接质量指示与能量监测(平均接收信号强度指示)将通过计时打印机记录在Excel文件中。

  你曾经是否想要尝试独自进行射频距离测试?如果有,那么你就知道有时候很难进行一个测试,以至于你只能将一个节点放置在一个固定位置,并将另一个电池供电移动装置不断移动至你想要收集信号电平与连接质量信息的位置。

  特别是当你使用的简单无线装置(如无线传感器或简单的评估板)没有配备任何用户界面或显示屏时,尤其如此。如果你在户外做视距(LOS)测量,那么难度将更高。性能分析仪应用程序只是假设你有两个I/O引脚——一个作为按钮或开关的输入端,另一个作为发光二极管的输出端。

  户外视距测量可以使你获得几百米远距离的数据,甚至在SubGhz射频频段下获得一公里或以上的测量数据。

  为了让测量任务轻松一些,性能分析仪应用程序能够让你只需轻轻按一下手中的电池功能便携装置来触发射频装置向连接到个人电脑的记录设备发送射频帧。因此,信标帧被记录在日志中,你就可以把时间与地点的标记符记录在日志文件中。这样,但你返回查看日志数据时你就可以确定你去过什么地方。

  例如,你可以在A房间的特定位置按一次按钮,然后在B房间的特定位置按两次按钮。或者如果你在户外,你可以按下按钮并在远离记录装置的不同距离插入标记。然后,你在测试中只需要在你的笔记本中记下你所处位置的名称(或者你与记录装置的距离)以及你在各个位置按按钮的次数。

  当你回去查看记录日志时,你将看到了解记录结果的所有必要信息,包括产生测量数据的空间与时间。

  请看下列例子:

  

 

  Wireless Composer(Atmel Studio 6.2的扩展产品)截图——记录日志

  对于每一个被支持的无线平台而言,Atmel Studio包含了完整的示例项目,以及性能分析仪应用程序所需的所有源文件。当你在用于选择装置与射频频段的Atmel评估板上完成测量时,你可以将该应用程序进行一定的修改以支持与按钮或二极管的IO口赋值有关的最终硬件设计。所述性能分析仪应用程序与Wireless Composer经证明对在首个原型板上进行测试帮助很大,甚至可以用于执行FCC或其他政府监管预扫描测试。

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