藍(lán)牙連接技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展推動(dòng)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(shè)計(jì)云端化，而無線技術(shù)在其中起到了至關(guān)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(guān)平臺(tái)，旨在本地節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和云端遠(yuǎn)程連接中提供一定的本地存儲(chǔ)空間和計(jì)算機(jī)智能，Wi-Fi通常運(yùn)用于遠(yuǎn)程通信，而藍(lán)牙則是傳感器、交換機(jī)以及家電這些邊緣節(jié)點(diǎn)的首選協(xié)議。

　　低功耗藍(lán)牙

　　2010年，藍(lán)牙技術(shù)初入4.X時(shí)代，低功耗藍(lán)牙也適時(shí)出現(xiàn)，其對(duì)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(lán)牙顧名思義是將低能耗作為主要目標(biāo)，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(shí)間、減少廣告掃描(在打開網(wǎng)頁過程中)渠道、只在開機(jī)狀態(tài)下發(fā)送和接受小數(shù)據(jù)包等等，因此，低功耗藍(lán)牙協(xié)議可以快速設(shè)立網(wǎng)絡(luò)連接，而能耗通常是使用傳統(tǒng)藍(lán)牙版本的百分之一。然而，低功耗藍(lán)牙也同時(shí)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(lán)牙最大可達(dá)3兆比特/秒(v2.0版本加上增強(qiáng)數(shù)據(jù)率)。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)量主導(dǎo)對(duì)高數(shù)據(jù)率的需求時(shí)，使用傳統(tǒng)藍(lán)牙協(xié)議會(huì)更加適合。

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

　　圖1—微芯模塊—RN4020

　　圖1為低功耗藍(lán)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(biāo)簽和醫(yī)學(xué)設(shè)備。這個(gè)模塊是由一個(gè)簡(jiǎn)單的UART接口控制的。配置為應(yīng)用美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼指令的應(yīng)用程序接口，它提供鏈接設(shè)置、睡眠模式切換和所有的低能耗藍(lán)牙協(xié)議管理這些功能。RN4020模塊運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最大電流為16毫安，睡眠模式下的最小電流為5微安，關(guān)機(jī)時(shí)電流值可達(dá)1.5微安以下。與低功耗藍(lán)牙v4.1規(guī)格相一致，RN4020模塊包括了所有必需嵌入式藍(lán)牙協(xié)議棧外形，因此應(yīng)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(dá)7個(gè)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(yùn)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(yīng)用用戶界面需求的藍(lán)牙

　　如果在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中需要更多的連接選擇和應(yīng)用軟件用戶界面支持，那么松下公司的PAN1740模塊將是一個(gè)理想的選擇。與Bluetooth Smart v4.1藍(lán)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電流為5毫安。專為嵌入式應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，例如健康監(jiān)測(cè)儀和運(yùn)動(dòng)傳感器。這個(gè)模塊擁有無線接收裝置，Cortex-M0主機(jī)微控制器，集成式天線和內(nèi)嵌式低能耗藍(lán)牙棧。

　　圖3—松下低能耗藍(lán)牙模塊