實現(xiàn)藍牙低功耗一體化方案的方法

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)對我們生活的許多方面都產(chǎn)生了重大影響，包括工作、娛樂和日常任務。

互聯(lián)設備有幾百億臺，且每周增加幾百萬臺，很難想象全球網(wǎng)絡將多大程度改善我們所生活的世界。

這些聯(lián)接的設備除了主要作為傳感器、執(zhí)行器或兩者組合的功能以及無線優(yōu)先，還有兩個共同的要求。

它們需要與含主機和云的其他設備通信；

由于通常由微小的紐扣電池供電，因此它們還需要省電，以能自給自足并盡可能地小。

IoT對于設計人員來說是個具有挑戰(zhàn)性的領域，因為他們努力滿足用戶和消費者日益苛刻的需求和期望。

雖然設計在物理尺寸上很小，但它們也是復雜的系統(tǒng)，結合許多不同的技術，設計人員必須利用精密的技術和低功耗組件來實現(xiàn)他們的目標。

藍牙低功耗

藍牙在IoT應用得到了廣泛的應用，因為它可在每一部智能手機和平板電腦上使用，從而提供幾乎無處不在的互聯(lián)網(wǎng)接入，且包含的特性與IoT部署需求非常吻合。

藍牙低功耗最初被稱為“藍牙智能”，它以數(shù)據(jù)包的形式傳輸數(shù)據(jù)，然后進入睡眠模式，從而節(jié)省了大量電能。藍牙4還支持在休眠時保持聯(lián)接/配對，從而進一步省電。

藍牙仍在演進，在以后的版本中包括支持快速開發(fā)的功能如安全配對、AES-128加密和配置文件等。

4.2版本的數(shù)據(jù)吞吐量提高了10倍，數(shù)據(jù)范圍提高了2.5倍，從而開啟了需要更大數(shù)據(jù)吞吐量的應用。

藍牙5是當前版本，并針對IoT應用進行了優(yōu)化。帶寬增加了一倍，達到2 Mbps，可能藍牙5最重要的進步是含網(wǎng)狀網(wǎng)絡能力，省去中樞，從而可以創(chuàng)建更多大的IoT網(wǎng)絡。

IoT應用

列舉IoT應用是個挑戰(zhàn)，因為有太多了，且還在迅速增加。

IoT聯(lián)接我們居住的家居，監(jiān)控我們的健康狀況，管理我們的工作場所，改善我們居住的城市和我們行駛的車輛，等等。

IoT超越了消費和工業(yè)市場。

在工業(yè)中，

節(jié)點監(jiān)控流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量，并監(jiān)控機器以評估磨損情況，從而實現(xiàn)預防性維護，節(jié)省與停機相關的成本。

在物流方面，

藍牙低功耗掃描儀可以通過智能標簽幫助跟蹤庫存，而傳感器則標記重新填充容器或補充庫存的需求。

隨著對電池電量的日益依賴以及全球?qū)档湍芎牡恼J識，能源管理已成為世界各地的重要問題。

智能樓宇中基于藍牙低功耗的IoT節(jié)點感知對熱、光、冷卻和通風的需求并實時控制燈、窗和暖通空調(diào)(HVAC)設備，以便以最經(jīng)濟的方式運行，通常在區(qū)域無人時關斷資源。

在我們的家中，藍牙低功耗可跟蹤白家電的使用，甚至啟動再訂購，以自動裝滿我們的冰箱。

針對人口老齡化，藍牙使新一代的個人健康監(jiān)測儀能夠遠程聯(lián)接醫(yī)療專業(yè)人員與患者，從而減少到醫(yī)院就診的需求，同時提高醫(yī)療保健的質(zhì)量。

設計基于藍牙低功耗的IoT方案

IoT方案的實現(xiàn)可能很復雜，因為它們需要廣泛的技術協(xié)同工作。

這可能包括微控制器、傳感器的模擬設計塊和用于通信和電源管理的RF設計。通常需要在具有最小功率需求的小尺寸方案中結合這所有。

因此，設計人員正尋求專門設計用于支持快速、低風險設計流程的實現(xiàn)IoT應用的集成方案。RSL10系統(tǒng)級封裝(RSL10 SIP)就是這樣一種器件的示例，它提供了向IoT節(jié)點添加藍牙低功耗的一體化方案。

圖1. RSL10系統(tǒng)級封裝(RSL10 SIP)

RSL10 SIP是一款靈活的超微型藍牙5器件，將RSL10藍牙低功耗無線電系統(tǒng)單芯片(SoC)、集成天線和所有無源器件集成在一個完整的小外形系統(tǒng)中。

RSL10 SIP完全通過了全球所有標準(CE、FCC、IC、MIC、KC)的認證，無需更多的RF設計專知或認證，從而顯著縮短設計時間。

SiP還含板載內(nèi)存資源-384 kB的非易失性閃存-其中256 kB可用于用戶應用程序-88 kB的數(shù)據(jù)隨機存儲器(RAM)和直接存儲器存取(DMA)控制器。

還有一系列可配置的外部接口，包括I2C、通用異步收發(fā)器(UART)和雙串行外設接口(SPI)（主/從），提高靈活性用于廣泛應用。

RSL10 SIP可支持藍牙低功耗技術以及其他2.4 GHz專有和/或自定義協(xié)議棧。支持空中固件更新(FOTA)使制造商可在部署后提供更新并添加更多功能。

板載電源管理是對SiP器件實現(xiàn)IoT應用的關鍵要求。

RSL10是目前市場上最低功耗的藍牙低功耗無線電。當工作在接收模式時，它只消耗7 mW，在深睡眠模式下降至62.5 NW。這使設計人員能最小化所需外部器件數(shù)，減小系統(tǒng)大小尺寸和重量。

寬工作電壓范圍對設計人員是個更有價值的特性，并擴大了RSL10等器件的潛在應用范圍。

電源電壓范圍為1.1至3.3 V，支持使用1.2或1.5 V電池，而無需外部DC-DC轉(zhuǎn)換器。它還能隨著電池電壓降低延長有用的工作時間。

設計資源

工程師除了需要功能強大且高度集成的方案的優(yōu)勢，現(xiàn)在還經(jīng)常尋求工具和幫助，以在盡可能短的時間內(nèi)以最低的成本和最少的專業(yè)資源完成設計。

安森美半導體提供一系列有用的工具，以進一步簡化和加速使用RSL10的設計。

RSL10軟件開發(fā)套件(SDK)提供一個完整的基于Eclipse的集成開發(fā)環(huán)境，用于開發(fā)超低功耗藍牙低功耗應用。

該套件支持KeiluVision和IAR Embedded Work Bench，以及廣泛的抽象、驅(qū)動程序和示例應用程序、FreeRTOS和空中固件更新(FOTA)移動應用程序。

圖2. RSL10 SDK嵌入式軟件

藍牙IoT開發(fā)套件（B-IDK）提供完整的節(jié)點到云的方案，采用模塊化設計，包括廣泛的傳感器和執(zhí)行器。

便捷的CMSIS-Pack提供軟件支持，添加更高級別的功能RSL10 SDK。B-IDK CMSIS-Pack包含傳感器驅(qū)動程序、云支持和B-IDK平臺特定的文檔。

此外，移動應用程序支持控制硬件以及發(fā)布和訂閱(MQTT)來自多個流行云服務的傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)。

傳感器開發(fā)套件也可為那些從事IoT設計的人提供非常有用的資源，可能是首次的。

RSL10傳感器開發(fā)套件含10多個傳感器，涵蓋光、環(huán)境、聲音、位置和運動，幫助工程師快速從概念到實現(xiàn)方案，減少設計迭代。

小結

使用流行的協(xié)議通信并使用超小電源運行的能力是IoT設備致勝的關鍵因素。

技術如藍牙低功耗隨時間不斷演進，從一種以非常近的距離聯(lián)接外設的基本方式到實用的技術，滿足IoT的高度優(yōu)化需求。

器件如RSL10 SIP把外部器件和RF子系統(tǒng)集成在一個小的、高能效的封裝中，簡化了設計任務。把這與廣泛的支援工具相結合，幫助設計人員以最低的風險、成本和最少的時間向IoT節(jié)點添加低功耗的藍牙低功耗功能。