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低功耗藍牙

時間:2020-09-10 00:32來源:海獵人

 

低功耗藍牙

低功耗藍牙(BLE)是原有藍牙技術規范(現在通常稱作傳統藍牙技術)的一種低功率可選版本。BLE在市場上被稱作智能藍牙,是由藍牙技術聯盟規定的一種無線個人局域網(PAN)技術,用于醫療保健、健身、家庭娛樂、安保等應用。

最初的藍牙技術規范并沒有專門設置個人局域網的應用,而是將其作為主計算機和多個外圍設備之間串行和并行端口電纜的替代技術,因此對于功耗的要求也未作為主要的設計依據。這使得傳統藍牙在超低功耗應用中處于極其不利的地位。雖然藍牙已經并入了無線鼠標和鍵盤等設備,但這些產品與其他的低功耗無線設備相比,電池壽命卻要更短一些。BLE設計的目的是顯著降低功耗和元件的生產成本,并基本保持原有的工作范圍,增強數據傳輸能力。

3版傳統藍牙使用的同步協議基本上一直保持開啟,這是因為每600毫秒就有一次周期性同步數據交換以維持通信鏈路的開啟。因此,就連閑置的設備都在不斷消耗電能。另外,若設備之間的鏈路斷開,可能需要1秒以上的時間才能重建連接,對于某些PAN應用來說,這時間太長了。

與傳統藍牙類似,低功耗藍牙也使用同步協議,但同步時間間隔是動態變化的,從5毫秒到幾秒不等。為了保存能量用于傳輸數據,低功耗藍牙的一個數據包可以比傳統藍牙的一個數據包裝入更多的數據,而且數據包的長度也可以改變以適應不同的環境。

以上這些特點,連同另外的節能技術,例如降低發送功率、增強接收機靈敏度、閑置時間最大化、減少數據包復雜度等,就減少了每比特數據發送所需的能量。也就是說,BLE可以提供更高的平均數據吞吐速率,而且消耗的能量更少。

低功耗藍牙使用一種獨特的協議和更簡單的調制方案,還能向后與傳統藍牙協議兼容。但是,藍牙4.0規范允許設備實施BLE或傳統藍牙協議,也可以同時實施兩套協議,而且現在能買到的很多收發器芯片都可以在雙模式 下運行。BLE和傳統藍牙都在2.4 GHz射頻頻帶內工作,只是使用的通道不同,這就使得雙模式設備可以只用一根無線電天線工作。

在有些應用中,BLE收發器憑借一塊小小的型號為CR2032的紐扣電池(參考第5章)就能持續運行很長時間(按月計,甚至按年計),F代的很多手機和臺式機操作系統,例如iOS、Android、OS XWindows 8都為BLE提供本地支持。其他平臺使用適合的低層次軟件和收發器硬件也可達到節能效果。

BLE使用的收發器芯片可以從銷售傳統藍牙收發器的經銷商處買到。表14-26列出了一些可用的IC元件。

14-26 低功耗藍牙IC

部件編號

來源

接口

微程序控制器/控制器

CC2541

德州儀器

I2C

基于8051

CSR1010

CSR

UART/SPI

專有

EM9301

EM Microelectronics

UART/SPI

專有

盡管此處的BLE模塊看上去不如傳統藍牙模塊多,但是有好幾家制造商銷售模塊產品,如表14-27所示。

14-27 低功耗藍牙模塊

部件編號

制造商

接口

ABBTM-NVCMDCS71

Abracon

UART/I2C/SPI

BLE112

BlueGiga

UART/USB

PAN1720

Panasonic

UART/SPI

如果不想自己動手制作藍牙模塊,可以購買德州儀器公司的SensorTag,它很受iPad、iPhoneAndroid設備用戶的歡迎,售價約為25美元。它有多種傳感器輸入類型,包括溫度、濕度、壓力、加速計、陀螺儀和磁力計。

Adafruit公司制造的一種BLE模塊叫作Bluefruit LE。它本質上是一個nRF8001中斷,使用了SPI接口(就是nRF8001使用的接口)與Arduino單片機通信。圖14-41展示了藍牙模塊的外形。Adafruit提供免費的開源應用用于與Bluefruit的通信,在Adafruit的網站上還有一個演示視頻。

低功耗藍牙 - 海獵網-海獵人
 

 14-41 Adafruit 制造的低功耗藍牙中斷模塊

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