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  • WIFI原理

    2021-08-03 23:57:03
    1.路由器向下提供给接入的用户一个id,也就是...也就是说路由器起了一个转换ip的作用,他建立了一个局域网,下面的用户上网都要通过路由器分配的公网ip上网,所以同一个路由器wifi网络下的用户上网的公网ip是是一致的。

    1.路由器向下提供给接入的用户一个id,也就是类似于192.168.1.231,这样的ip地址,所有在这个路由器下的用户的ip地址的前面的网络号是相同的,都是192.168.1.(),而()里面的东西就是路由器分配给每个用户的id,通过这个id,他能够辨别出是哪个用户发出的数据请求信息,同时也就知道如何将服务器返回来的信息返回给哪个用户。
    2.向上,他会把自己的公网ip(类似于210.45.240.111)通过数据帧提供给其他路由器或者服务器,而服务器返回的信息也就会发给路由器A。也就是说路由器起了一个转换ip的作用,他建立了一个局域网,下面的用户上网都要通过路由器分配的公网ip上网,所以同一个路由器wifi网络下的用户上网的公网ip是是一致的。
    在这里插入图片描述

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  • 本文介绍由单片机STM32F103控制无线数字传输芯片nRF24L01的WIFI模块的设计原理,通过无线方式进行数据双向远程传输,两端采用全双工方式通信,该系统具有成本低,功耗低,软件设计简单以及通信可靠等优点。...

    本文介绍由单片机STM32F103控制无线数字传输芯片nRF24L01的WIFI模块的设计原理,通过无线方式进行数据双向远程传输,两端采用全双工方式通信,该系统具有成本低,功耗低,软件设计简单以及通信可靠等优点。

    nRF24L01引脚功能及描述

    nRF24L01nRF24L01的封装及引脚排列如图所示。各引脚功能如下:

    f6223ede6875d228f9cafc080f7e0561.png

    nRF24L01引脚示意图

    CE:使能发射或接收;

    CSN,SCK,MOSI,MISO:SPI引脚端,微处理器可通过此引脚配置nRF24L01;

    IRQ:中断标志位;

    VDD:电源输入端;

    nRF24L01模块

    nRF24L01模块有八个引脚需要连接到STM32,在这里由于用到了SPI1的四个引脚,直接与PA(4-6)引脚相连,设置GPIO复用功能就直接可用SPI1,无线模块的其他引脚分别与PA1和PA7相连,这样可以简化电路,如下:

    VSS:电源地;

    XC2,XC1:晶体振荡器引脚;

    VDD_PA:为功率放大器供电,输出为1.8V;

    ANT1,ANT2:天线接口;I

    REF:参考电流输入。

    工作模式

    nRF24L01有工作模式有四种:收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。nRF24L01的工作模式由PWR_UP、CE、TX_EN和CS三个引脚决定,如表。

    646fda12a077b9e0b9bd45825afc57ab.png

    收发模式:nRF24L01的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种,收发模式由器件配置字决定。

    ShockBurstTM收发模式下,使用片内的先入先出堆栈区,数据低速从微控制器送入,但高速(1Mbps)发射,这样可以尽量节能,因此,使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行,这种做法有三大好处:

    1)尽量节能;

    2)低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射);

    3)数据在空中停留时间短,抗干扰性高。nRF24L01的ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在ShockBurstTM收发模式下,nRF24L01自动处理字头和CRC校验码。

    在接收数据时,自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时,自动加上字头和CRC校验码,当发送过程完成后,数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。

    配置模式:在配置模式,15字节的配置字被送到nRF24L01,这通过CS、CLK1和DATA三个引脚完成。

    空闲模式:nRF24L01的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计,其最大的优点是,实现节能的同时,缩短芯片的起动时间。在空闲模式下,部分片内晶振仍在工作,此时的工作电流跟外部晶振的频率有关,如外部晶振为4MHz时工作电流为12uA,外部晶振为16MHz时工作电流为32uA。在空闲模式下,配置字的内容保持在nRF24L01片内。

    关机模式:在关机模式下,为了得到最小的工作电流,一般此时的工作电流小于1uA。关机模式下,配置字的内容也会被保持在nRF24L01片内,这是该模式与断电状态最大的区别。

    STM32F103模块电路

    电源电路由于STM32直接由PC的USB供电,提供5V电源,所以不需要总电源,但nRF24L01模块需要低于3.5V电压,所以需要3.3V稳压电路,如下:

    d72c577ab92ae0e0ab3b44f27fa6e7af.png

    3.3V稳压电路

    显示模块

    2.8寸TFT-LCD与STM32连接原理图,如下:

    84b1d0bb276b032a5f3e636ca97c279b.png

    LCD原理图

    按键模块

    按键模块用到了按键控制发送数据,按键原理图,如下:

    b377e943c311ed885550e9919870febe.png

    按键连接原理图

    nRF24L01模块

    nRF24L01模块有八个引脚需要连接到STM32,在这里由于用到了SPI1的四个引脚,直接与PA(4-6)引脚相连,设置GPIO复用功能就直接可用SPI1,无线模块的其他引脚分别与PA1和PA7相连,这样可以简化电路,如下:

    2f31fab38380daa9674e045c3ec9851c.png

    nRF24L01原理图

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  • 您需要 登录 才可以下载或查看,...下面让WiFi模块给你讲解下wifi智能插座的原理Wifi智能插座的主要组成:串口WiFi模块、继电器控制电路、继电器和输出触点构成。当WiFi模块收到合上指令,PC8端口输出高电平,Q1...

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    物联网给我们的家居变得越来越方便、简单,WiFi智能插座作为智能家居的小小分支,让充电和控制变得更加方便。下面让WiFi模块给你讲解下wifi智能插座的原理。

    Wifi智能插座的主要组成:串口WiFi模块、继电器控制电路、继电器和输出触点构成。

    当WiFi模块收到合上指令,PC8端口输出高电平,Q1导通,继电器的线圈有电流流过,继电器的触点L_IN和触点L_OUT吸合,插座供电给负载;

    当WiFi模块收到断开指令,PC8端口输出低电平,Q1截止,继电器的线圈没有电流,继电器的触点L_IN和触点L_OUT断开,插座断电。

    WiFi模块的指令可由手机控制,所以智能插座可以通过微信等手机应用程序来远程遥控电视机、窗帘、音响、车库等。移动设备APP远程遥控,用户不管离得多远,都可以轻松动动手指,完成开启空调、电水壶、电饭煲等操作。

    怎样实现控制呢?

    ①  近距离控制:手机通过路由器控制传输指令给WiFi插座的WiFi模块WU105,WiFi模块将指令给控制电路

    ②  远程控制:手机通过远端发送指令,远端链接路由器将指令传送给插座WiFi模块WU105,WiFi模块将指令给控制电路

    智能WiFi插座可以为家电设定定时开关,不仅省电省钱,还可以为用户节省时间。大家为面包机、咖啡机、煮蛋器等设定开机时间,这样早晨一起床就有美味的早餐等着我们了。除此之外,还可以进行USB充电,智能开关……

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  • WiFi WPS的来龙去脉

    2021-05-10 20:07:03
    WiFi WPS的来龙去脉1 什么是WPS2 系统构成3 协议流程3.1 PIN方式3.2 PBC方式3.3 帧类型3.4 M1~M8功能说明4 数据格式5 总结 1 什么是WPS WPS(WiFi Protected Setup),又称为WSC(WiFi Simple Configuration)。诞生...

    1 什么是WPS

    WPS(WiFi Protected Setup),又称为WSC(WiFi Simple Configuration)。诞生于2010年,目前最新版本为V2.0.8。主要目的是用简单的操作实现大多数人不懂的WiFi配置,保证WiFi上网的安全性。其本身是一个配置协议,不是一种WiFi的接入方式。它只是用一种黑盒子的方式以简单操作实现了复杂的配置的下发和生效,之后终端会用这些配置参数进行WiFi的连接,从而避免不懂行的用户在页面乱配参数。

    此协议核心内容为两部分:1)配置数据的一般表达形式;2)协议流程。

    目前使用最多的是PIN码方式和PBC按键方式,均属于带内方式。使用NFC是带外方式,不常见,本文档只对带内方式作详解。

    2 系统构成

    如下图,WPS系统由三部分构成:管理者(Registrar)、登录者(enrollee)、热点(AP)。这是按功能逻辑分类,实际上可以Registrar和AP在同一台设备上实现。
    在这里插入图片描述

    Registrar可能是独立的设备或是与AP在同一设备上的逻辑功能模块。如果Registrar是独立的设备,则与AP可以通过WiFi或以太网进行连接。

    Enrollee是wifi STA设备。与AP的接口A是基于WiFi连接实现的。这里所说的WiFi连接,是WPS协议定义的特殊的WiFi连接过程,其目的是传递配置参数。当参数传递完毕后,这个连接将会断开。

    Enrollee和Registrar之间的接口E,是认证和配置传递的接口。认证是通过PIN码实现的。

    Registrar和AP之间的接口M,原理和接口E类似,实现Registrar对AP的配置,这时的AP角色与Enrollee类似。

    下面举个例子,说明这三个角色的工作过程。
    1)首先,AP上电启动,使用默认的WiFi参数工作。因为当前没有与Registrar连接过,所以WiFi Simple Configuration State为“Not Configured”(0x01);

    2)AP定期发送beacon帧,帧中带WSC IE信息,其中的WiFi Simple Configuration State为“Not Configured”(0x01);

    3)Registrar在扫描时,发现有一个AP支持WSC(带WSC IE),并且state为“Not Configured”,则触发配置流程;

    4)Registrar需要知道此AP的PIN码,用户(维护人员)通过在AP上读取标签上的PIN码,并输入到Registrar中;

    5)Registrar将按照下面流程与AP进行交互操作;在M8中下发了对AP的配置参数。包括SSID、加密类型(WEP、WPA、WPA2、Mixed)、加密算法(TKIP、AES)、密码等信息。这里的SSID/密码是Registrar根据AP的特征参数(如MAC)和随机数自动生成,生成的算法可以自行定义。
    在这里插入图片描述

    6)AP在接收到Registrar的配置后,断开与Registrar的连接,并启用新的参数;这时WiFi Simple Configuration State变为“Configured”(0x02);

    7)Registrar使用新的SSID和密码与AP建立新的安全连接,用于后续对Enrollee的认证和配置。

    3 协议流程

    在上一节的例子中,已经给出了一个Registrar和AP之间的交互流程。本节,主要讲一下Enrollee(STA)通过WSC获取配置的流程。可分为PIN方式和PBC方式两种。

    3.1 PIN方式

    分Registrar触发和Enrollee触发两种情况,分别如下面两个图所示:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    两种情况大同小异,触发方在beacon或Probe Request帧中带WSC IE信息,其中有configuration methods字段,此字段定义如下:
    在这里插入图片描述
    当Bit2为1时,即代表PIN码来自于标签(Label),Registrar界面上输入当前接入的Enrollee设备标签上印有的PIN码,即可完成WSC配置。

    3.2 PBC方式

    PBC即按键方式,分为Registrar先按键和Enrollee先按键两种情况。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    两种情况类似,WSC IE信息中的configuration methods字段Bit7为1时,表示使用PBC方式。

    PBC方式其实是PIN方式的一个变种,为了简化操作,不需要输入PIN码,而是使用全0作为PIN码。

    3.3 帧类型

    上述流程中,主要涉及两类帧:1)802.11协议定义的WiFi连接过程使用的beacon、probe、authentication、association帧;2)EAP和EAPOL帧。

    从过程的角度看,与帧类型对应,分为发现过程和配置过程。发现过程的帧格式是802.11管理帧,可参考802.11协议。EAPOL帧是802.1X协议中定义。

    EAPoL帧格式中各字段含义如下:
    在这里插入图片描述
    WSC中EAP帧格式如下:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    • 流程中EAP-request/identity、EAP-response/identity帧,即RFC3748中定义type=1的identity帧。
    • 流程中EAP-request(start) 帧,Op-Code为0x01(WSC_Start)。
    • 流程中M1-M8帧,Op-Code为0x04(WSC_MSG)。
    • 流程中Done帧,Op-Code为0x05(WSC_Done)。
    • 流程中EAP-fail帧,为Code=4的帧。

    3.4 M1~M8功能说明

    在这里插入图片描述
    1)M1和M2是双方建立加密连接的过程,分别向对方发送公共密钥(PKE和PKR)。结合随机数N1和N2,生成之后通信的加密/解密密钥。

    2)M3~M7是认证过程,通过对E-Hash1和E-Hash2、R-Hash1和R-Hash2的计算,确认双方所使用的PIN码一致。

    3)M8携带configData,用于最终的配置。

    在特殊情况下,可以在M2中携带configData,并省略M3~M8的过程。

    对于PBC方式而言,M3~M7有点多余,因为PIN码为全0,认证是没有意义的。不过为了处理流程的一致性,依然保留这个过程。

    4 数据格式

    WSC IE结构和M1~M8帧里的数据,均使用以下格式:
    在这里插入图片描述
    数据类型汇总表如下:
    在这里插入图片描述
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    5 总结

    WPS功能是为了让不懂行的小伙伴能简便快捷地接入到WiFi的热点,并且保证连接的安全性。使用PIN码方式比PBC方式更安全,但也相对麻烦一点。WPS流程首先是让AP和STA相互发现,确认对方支持WPS功能,并进入WPS的配置流程。配置流程中,先通过双方交换公共密钥,建立加密连接,然后通过交换用PIN生成的Hash码,进行校验,认证对方身份,最后通过传递configData,实现配置参数的下发。WPS流程结束时,STA与AP连接先断开,然后STA用新的配置参数重新与AP建立安全连接。

    关于802.11协议认证、关联相关内容,可参考wifi认证过程wpa/wpa2

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