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XIAO Wi-Fi HaLow 模块入门指南

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简介​

本教程将指导您如何使用 Wio-WM6180 Wi-Fi HaLow 模块与 XIAO ESP32S3 配合，构建一个 Wi-Fi HaLow 客户端。Wi-Fi HaLow（IEEE 802.11ah）专为长距离、低功耗的物联网应用设计，工作在低于 1 GHz 的频段。我们将逐步介绍硬件设置、软件配置，并演示如何为您的物联网项目建立 Wi-Fi HaLow 连接。

主要特点​

  • 最远可达 1 公里的长距离 Wi-Fi 连接（视距条件下）
  • 低功耗，非常适合物联网设备
  • 低于 1 GHz 的频段，穿墙能力更强
  • 兼容 XIAO ESP32S3 开发板
  • 简单易懂的设置和配置流程

硬件概览​

以下表格列出了 Wio-WM6180 Wi-Fi HaLow 模块的主要规格：

特性值单位
工作电压3.3V
工作电流待定mA
Wi-Fi 协议IEEE 802.11ah-
频段低于 1 GHz-
范围最远 1km
接口SPI-
尺寸待定mm

什么是 Wi-Fi HaLow？​

Wi-Fi HaLow 是基于 IEEE 802.11ah 标准的无线网络协议，专为物联网（IoT）应用设计。它工作在低于 1 GHz 的频段（通常为 900 MHz），相比传统 Wi-Fi 具有以下显著优势：

  1. 扩展范围：在视距条件下，Wi-Fi HaLow 的通信距离可达 1 公里，远超传统 Wi-Fi。

  2. 更强的穿透力：较低的频率信号可以更好地穿透墙壁和其他障碍物，非常适合复杂环境。

  3. 低功耗：专为物联网设备设计，Wi-Fi HaLow 可实现设备多年的电池续航。

  4. 可扩展性：支持单个接入点连接数千台设备，非常适合大规模物联网部署。

  5. 安全性：继承了 Wi-Fi 系列的强大安全功能，包括 WPA3 加密。

为什么 Wi-Fi HaLow 很重要​

Wi-Fi HaLow 满足了物联网应用对长距离连接、低功耗以及同时处理大量设备的需求。它弥合了传统 Wi-Fi 和 LPWAN 技术之间的差距，提供了以下优势：

  • 工业物联网：在工厂、仓库和工业环境中实现可靠连接。
  • 智慧农业：为大面积农业区域的传感器网络提供覆盖。
  • 智慧城市：支持城市环境中大规模的连接设备网络。
  • 资产追踪：实现对贵重资产和设备的长距离追踪。

通过结合 Wi-Fi 的易用性与低功耗、长距离连接的优势，Wi-Fi HaLow 在推动物联网应用扩展方面将发挥重要作用。

Wi-Fi HaLow 系统架构​

一个典型的 Wi-Fi HaLow 网络由几个关键组件组成，这些组件协同工作以实现长距离、低功耗的物联网连接：

  1. 接入点（AP）：Wi-Fi HaLow 网络的中心枢纽，负责管理连接并在设备与互联网之间路由数据。

  2. 站点（STA）：连接到接入点的客户端设备，这些设备可以是传感器、执行器或其他物联网设备。

  3. 网关：作为 Wi-Fi HaLow 网络与其他网络（如以太网或蜂窝网络）之间的桥梁。

在本教程中，我们将配置 XIAO ESP32S3 作为一个站点（STA）客户端，连接到 Wi-Fi HaLow 接入点。XIAO 将使用 WM6180 模块来建立和维护 HaLow 连接。

MM-IoT-SDK 框架​

WM6180 模组使用 MorseMicro 的 MM-IoT-SDK，该 SDK 提供以下功能：

  • 多协议支持：支持与各种 IoT 协议的无缝集成
  • 低功耗管理：针对电池供电设备优化的功耗
  • 安全功能：内置加密和认证机制
  • 简易配置：简化的 API 用于网络设置和管理

MM-IoT-SDK 的架构由多个层组成：

  1. 硬件抽象层 (HAL)：为不同硬件平台提供统一接口
  2. 网络栈：实现 Wi-Fi HaLow 协议栈
  3. 应用层：提供用于应用开发和设备管理的 API

该框架允许开发者快速实现 Wi-Fi HaLow 功能，同时保持对定制应用的灵活支持。

所需材料​

以下是运行本教程所需的材料。

XIAO ESP32S3 SenseXIAO ESP32C3XIAO ESP32C6Wio-WM6180 Wi-Fi HaLow 模组（适用于 XIAO）
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note

本教程适用于所有 XIAO ESP32 系列。我们将在本教程中以 XIAO ESP32S3 Sense 为例。

除了上述材料外，您可能需要准备适用于 WiFi-HaLow 使用的额外天线。以下是经过验证的推荐天线型号。

长距离室内天线套件2.6dBi 长距离天线
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要将天线连接到 WiFi-HaLow 模组，您可能还需要购买 SMA 转 I-PEX 天线线缆。

SMA 转 I-PEX 天线线缆
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如果您是首次使用，可以参考以下视频进行天线安装。

安装 ESP-IDF v5.1.1​

在开始编程之前，我们需要在您的电脑上安装 ESP-IDF v5.1.1。ESP-IDF 是 ESP32 系列芯片的官方开发框架。

步骤 1. 下载适用于 Windows 的 ESP-IDF 工具安装程序

下载 ESP-IDF 工具安装程序（适用于 Windows）。此安装程序包含 ESP-IDF 开发所需的所有工具。

步骤 2. 运行安装程序

  1. 以管理员身份运行下载的安装程序。
  2. 按提示安装 Python、Git 和其他所需工具。
  3. 在提示时选择以下选项：
    • 安装 ESP-IDF v5.1.1
    • 安装 Python
    • 安装 Git
    • 将 ESP-IDF 工具添加到路径

步骤 3. 验证安装

打开一个新的命令提示符并运行：

esp-idf --version

如果安装成功，您应该看到版本号 5.1.1。

tip

安装完成后，您可能需要重启电脑以确保所有环境变量正确设置。

note

有关安装 ESP-IDF v5.1.1 的更详细说明，您可以参考 Espressif 官方文档：

克隆并配置 mm-iot-esp32 仓库​

按照以下步骤克隆 mm-iot-esp32 仓库并设置环境变量：

步骤 1. 克隆仓库

cd %USERPROFILE%
git clone https://github.com/Seeed-Studio/mm-iot-esp32.git

步骤 2. 导出 IDF 变量

cd %USERPROFILE%\mm-iot-esp32
export.bat

步骤 3. 设置 MMIOT_ROOT 环境变量

您可以通过 Windows 系统属性永久设置：

  1. 打开系统属性（Win + R，输入 sysdm.cpl）。
  2. 点击“环境变量”。
  3. 在“用户变量”下，点击“新建”。
  4. 变量名：MMIOT_ROOT
  5. 变量值：C:\Users\YourUsername\mm-iot-esp32（替换为您的实际路径）。
  6. 点击“确定”保存。

或者，您可以在命令提示符中临时设置：

set MMIOT_ROOT=C:\Users\YourUsername\mm-iot-esp32
tip

设置 MMIOT_ROOT 环境变量时，请确保使用绝对路径。使用相对路径可能会导致构建项目时出现问题。

note

设置环境变量后，您可能需要关闭并重新打开终端以使更改生效。

构建示例固件​

mm-iot-esp32 仓库包含多个示例应用程序，展示了不同的功能。以下是构建和配置这些示例的方法：

示例应用程序位置​

所有示例应用程序都位于仓库的 examples 目录中。可用的示例包括：

  • scan：Wi-Fi 扫描示例
  • iperf：iperf 服务器示例
  • sta_reboot：Wi-Fi 站点重启示例
  • sta_connect：Wi-Fi 站点连接示例
  • web_camera_server：网络摄像头服务器示例
  • 以及更多...

配置网络凭据​

在构建固件之前，需要在示例的配置文件中配置网络设置：

  1. 导航到您选择的示例目录：
cd $MMIOT_ROOT/examples/example_name
  1. 编辑配置文件：
# 打开配置文件
nano src/mm_app_loadconfig.c
  1. 在此文件中，您可以修改以下内容：
  • 国家代码（应设置为 US，因为该产品目前仅适用于北美地区）
  • Wi-Fi HaLow 网络凭据
  • 其他与网络相关的参数
caution

关于国家代码的重要说明：

  • 国家代码必须设置为 "US"，因为该产品目前仅适用于北美市场
  • 由于法规要求，该产品尚未在其他地区上市
  • 在北美以外的地区使用该产品可能违反当地法规

构建过程​

在配置网络设置后，可以使用以下命令构建固件：

idf.py set-target esp32s3
idf.py fullclean
idf.py build
note
  • idf.py set-target 命令每个示例只需运行一次
  • idf.py fullclean 通过删除所有先前的构建文件确保干净的构建
  • 构建成功后，固件二进制文件将位于 build 目录中

构建输出​

构建成功后，您应该会看到类似以下的输出：

# 项目构建完成。要烧录，请运行以下命令：
idf.py -p (PORT) flash

接下来，我们将演示几个示例。

示例 1. scan​

此示例展示如何扫描您附近可用的 Wi-Fi HaLow 网络。按照以下步骤构建并运行扫描示例：

步骤 1：导航到扫描示例​

cd ~/mm-iot-esp32/example/scan

步骤 2：配置国家代码​

  1. 打开配置文件：
nano main/src/mm_app_loadconfig.c
  1. 找到并修改国家代码行：
#define COUNTRY_CODE "US"  // 必须使用 "US"，因为该产品仅适用于北美地区

步骤 3：硬件设置​

  1. 将 Wio-WM6180 Wi-Fi HaLow 模块连接到您的 XIAO ESP32S3

  2. 通过 USB 将 XIAO ESP32S3 连接到您的计算机

步骤 4：构建和烧录​

按顺序执行以下命令：

idf.py set-target esp32s3
idf.py fullclean
idf.py build
idf.py flash monitor

步骤 5：监控结果​

如果一切正常：

  • 烧录完成后，串口监视器会自动启动
  • 程序将开始扫描 Wi-Fi HaLow 网络
  • 如果有任何 Wi-Fi HaLow 网关在范围内，其信息将显示在串口监视器中

串口监视器中的示例输出：

tip
  • 确保您附近有 Wi-Fi HaLow 网关以检测网络
  • 扫描过程会持续运行，因此您会定期看到可用网络的更新
  • 按 Ctrl+C 停止监视器并退出程序
note

如果未检测到任何网络：

  • 确认您的 Wi-Fi HaLow 网关已通电并正常工作
  • 检查您是否在网关的范围内
  • 确保模块已正确连接到您的 XIAO ESP32S3

示例 2. iperf​

此示例演示如何使用 iPerf 测试您的 Wi-Fi HaLow 连接的网络性能。按照以下步骤构建并运行 iPerf 示例：

第 1 步：导航到 iPerf 示例​

cd ~/mm-iot-esp32/example/iperf

第 2 步：配置网络设置​

  1. 打开配置文件：
nano main/src/mm_app_loadconfig.c
  1. 修改以下参数：
// 设置国家代码（北美地区必须为 "US"）
#define COUNTRY_CODE "US"

// 设置您的 Wi-Fi HaLow 网络凭据
#define SSID             Your_HaLow_SSID           // 替换为您的网络名称
#define SAE_PASSPHRASE   Your_Password             // 替换为您的网络密码

第 3 步：硬件设置​

  1. 将 Wio-WM6180 Wi-Fi HaLow 模块连接到您的 XIAO ESP32S3
  2. 通过 USB 将 XIAO ESP32S3 连接到您的计算机

第 4 步：构建和烧录​

依次执行以下命令：

idf.py set-target esp32s3
idf.py fullclean
idf.py build
idf.py flash monitor

第 5 步：运行性能测试​

程序成功运行后，您将看到 iPerf 服务启动。现在，您可以从 Wi-Fi HaLow 网关运行性能测试。

对于 IPv4 测试，在网关上执行以下命令：

iperf -c <device_ip> -p <port> -i 1 -u -b 20M

对于 IPv6 测试，在网关上执行以下命令：

iperf -c <device_ip>%wlan0 -p <port> -i 1 -V -u -b 20M

参数说明：

  • -c：以客户端模式运行
  • -p：端口号
  • -i：报告间隔（1 秒）
  • -u：使用 UDP 协议
  • -b：目标带宽（20 Mbps）
  • -V：IPv6 模式（仅用于 IPv6 测试）

:::提示

  • 在运行性能测试之前，请确保您的设备已成功连接到 Wi-Fi HaLow 网络
  • 设备的 IP 地址将在连接后显示在串行监视器中
  • 您可以根据测试需求调整带宽（-b 参数） :::

:::注意 常见问题及解决方法：

  • 如果连接失败，请验证您的网络凭据
  • 如果 iPerf 服务未启动，请检查您的硬件连接
  • 如果性能较差，请确保您处于网关的良好范围内 :::

示例 3. web_camera_server​

此示例演示如何通过 Wi-Fi HaLow 网络从 XIAO ESP32S3 Sense 流式传输摄像头画面。按照以下步骤构建并运行网络摄像头服务器：

第 1 步：导航到网络摄像头示例​

cd ~/mm-iot-esp32/example/web_camera_serve

第 2 步：配置网络设置​

  1. 打开配置文件：
nano main/src/mm_app_loadconfig.c
  1. 修改 Wi-Fi HaLow 凭据：
// 设置您的 Wi-Fi HaLow 网络凭据
#define SSID              Your_HaLow_SSID           // 替换为您的网络名称
#define SAE_PASSPHRASE    Your_Password             // 替换为您的网络密码

第 3 步：硬件设置​

  1. 将 Wio-WM6180 Wi-Fi HaLow 模块连接到您的 XIAO ESP32S3 Sense
  2. 确保 XIAO ESP32S3 Sense 上的摄像头模块已正确连接
  3. 通过 USB 将 XIAO ESP32S3 Sense 连接到您的计算机

第 4 步：构建和烧录​

依次执行以下命令：

idf.py set-target esp32s3
idf.py fullclean
idf.py build
idf.py flash monitor

第 5 步：访问摄像头画面​

程序成功运行后：

  1. 记录串行监视器中显示的 IP 地址
  2. 在连接到同一 Wi-Fi HaLow 网关的任何设备上打开一个网页浏览器
  3. 在浏览器地址栏中输入 IP 地址
  4. 您现在应该可以看到来自 XIAO ESP32S3 Sense 的实时摄像头画面

示例 URL：

http://192.168.4.1

:::提示 为了获得最佳的流媒体体验：

  • 确保良好的光线条件以获得更好的图像质量
  • 将 XIAO ESP32S3 Sense 保持在 Wi-Fi HaLow 网关的良好范围内
  • 使用现代网页浏览器以获得最佳兼容性 :::

:::注意 故障排除：

  • 如果无法访问摄像头画面，请验证您的设备是否在与 Wi-Fi HaLow 网关相同的网络中
  • 如果图像未显示，请检查摄像头模块是否正确连接
  • 如果流媒体延迟较大，请尝试靠近 Wi-Fi HaLow 网关 :::

资源​

技术支持与产品讨论​

感谢您选择我们的产品！我们致力于为您提供多种支持，以确保您使用我们的产品时获得最佳体验。我们提供多个沟通渠道，以满足不同的偏好和需求。

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