藍牙連接技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)設計中的應用

嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展推動了現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)的興起，越來越多的B2B和B2C企業(yè)正積極將產(chǎn)品設計云端化，而無線技術(shù)在其中起到了至關重要的作用。在現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，有很多都建立了自己的網(wǎng)關平臺，旨在本地節(jié)點網(wǎng)絡和云端遠程連接中提供一定的本地存儲空間和計算機智能，Wi-Fi 通常運用于遠程通信，而藍牙則是傳感器、交換機以及家電這些邊緣節(jié)點的首選協(xié)議。

低功耗藍牙

2010年，藍牙技術(shù)初入4.X時代，低功耗藍牙也適時出現(xiàn)，其對用于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器和控制軟件來說意義非凡。低功耗藍牙顧名思義是將低能耗作為主要目標，而非高數(shù)據(jù)速率，它的能耗降低方式有很多，例如減少無線接收裝置使用時間、減少廣告掃描(在打開網(wǎng)頁過程中)渠道、只在開機狀態(tài)下發(fā)送和接受小數(shù)據(jù)包等等，因此，低功耗藍牙協(xié)議可以快速設立網(wǎng)絡連接，而能耗通常是使用傳統(tǒng)藍牙版本的百分之一。然而，低功耗藍牙也同時存在一些弊端，例如，其最大短脈沖群數(shù)據(jù)率僅為100千位/秒，而傳統(tǒng)藍牙最大可達3兆比特/秒(v2.0版本加上增強數(shù)據(jù)率)。因此，當數(shù)據(jù)量主導對高數(shù)據(jù)率的需求時，使用傳統(tǒng)藍牙協(xié)議會更加適合。

嵌入式系統(tǒng)設計者可以自行決定應用軟件所需的藍牙協(xié)議，然后將其與主處理系統(tǒng)集成。設計獨有的分離無線接收裝置是一個十分有突破性的想法，但是完成這個裝置需要花費大量的時間。還有一種選擇是采用一款已經(jīng)有合格資質(zhì)的藍牙模塊，將其與已有的設計相整合，不需要很高的價格就能將所有的藍牙棧嵌入接收器主機的微控制器中，用一組與接口總線相連的簡易應用程序接口，輕松地設置鏈接和傳輸數(shù)據(jù)。

圖1—微芯模塊—RN4020

圖1為低功耗藍牙模塊—微芯RN4020。它適用于工業(yè)控制系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器標簽和醫(yī)學設備。這個模塊是由一個簡單的UART接口控制的。配置為應用美國信息交換標準代碼指令的應用程序接口，它提供鏈接設置、睡眠模式切換和所有的低能耗藍牙協(xié)議管理這些功能。RN4020 模塊運轉(zhuǎn)時最大電流為16毫安，睡眠模式下的最小電流為5微安，關機時電流值可達1.5微安以下。與低功耗藍牙v4.1規(guī)格相一致，RN4020模塊包括了所有必需嵌入式藍牙協(xié)議棧外形，因此應用程序微程序控制器就不需要任何堆棧來操作。

圖二—RN4020框圖

圖二中我們可以看到RN4020模塊包含了3x10比特模擬轉(zhuǎn)換器頻道，有多達7個通用輸入輸出接口，其中一些可用于操縱模塊模式狀態(tài)發(fā)光二極管，以顯示連接狀態(tài)、運轉(zhuǎn)指示以及微芯的低能耗數(shù)據(jù)圖是否開啟。

滿足多連接和應用用戶界面需求的藍牙

如果在物聯(lián)網(wǎng)設計中需要更多的連接選擇和應用軟件用戶界面支持，那么松下公司的PAN1740模塊將是一個理想的選擇。與Bluetooth Smart v4.1藍牙低能耗規(guī)格一樣，松下這款迷你的模塊尺寸為：9 x 9.5 x 1.8毫米，運轉(zhuǎn)時電流為5毫安。專為嵌入式應用軟件設計，例如健康監(jiān)測儀和運動傳感器。這個模塊擁有無線接收裝置， Cortex-M0主機微控制器，集成式天線和內(nèi)嵌式低能耗藍牙棧。

圖3—松下低能耗藍牙模塊

PAN1740模塊支持UART、SPI、I2C接口的PAN1740模塊使用Dialog’s Smart Snippets藍牙軟件平臺，它不僅為標準低能耗藍牙規(guī)格提供支持，還為一些特別應用軟件圖表提供支持，例如親近度、用戶健康指數(shù)、運動量以及健美程度。

盡管上述模型可以高度集成，但它們?nèi)孕枰鳈C應用平臺來運行物聯(lián)網(wǎng)應用。整合主機微程序控制器和無線連接有兩種途徑。第一種方法就是把設計建立在SOC裝置的基礎之上，SOC裝置包含了微程序控制器和一個低能耗藍牙接收器。Cypress公司的CYB10x6x family系列產(chǎn)品就是很好的一個例子。基于ARM Cortex-M0內(nèi)核處理器，核心低功率為48兆赫茲，藍牙v4.1接收器與集成不平衡變壓機，Cypress的 CapSense 電容觸摸傳感控制器為遠程控制、玩具以及智能接口裝置提供了超級編程和靈活解決方案。CYB10x6x 擁有4x PWM頻道，36GPIO，串聯(lián)接口和128段LCD驅(qū)動器。免版稅的藍牙連接棧，它支持類屬存取圖，以及中央、外部、觀察和廣播設備，這些都使得藍牙連接十分便捷。

用藍牙集成的單板計算機臺

還有一種方式是特別針對于成本有限的開發(fā)人員，就是選擇一個擁有藍牙連接集成的單板計算機臺。在這方面，英特爾的愛迪生模塊十分出眾。

圖4—英特爾愛迪生模塊

這款基于Linux操作系統(tǒng)的模塊十分經(jīng)濟，尺寸為35.5 x 25.0 x 3.9毫米。英特爾SOC裝置擁有英特爾原子雙核，雙線程CPU，500赫茲轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速為100赫茲的32比特因特爾夸克微程序控制器，1GB內(nèi)存的RAM以及4GB閃存。它使用1.8直流電，40個配置的GPIO接口。模塊還擁有802.11無線a/ b / g / n格式以及低功耗藍牙連接。預置開放源碼藍牙協(xié)議、官方Linux系統(tǒng)和藍牙協(xié)議棧，同時英特爾社區(qū)網(wǎng)還提供詳細的藍牙連接裝配指南供使用者參考。

不論開發(fā)者采用哪種方式，認證無線模塊都為其設計提供了快捷經(jīng)濟的合并藍牙連接技術(shù)，這種形式省時省力，同時也極具成本效益，開發(fā)者能夠在其幫助下實現(xiàn)更輕松的物聯(lián)網(wǎng)設計。