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智能蓝牙 – 低功耗连接技术革命

2014-08-11 09:38:19

[导读] 智能蓝牙技术(Bluetooth Smart)又称低功耗蓝牙(BLE),是能够将低功耗装置和传感器连到智能手机、平板电脑等控制器的无线个人区域网络协议,信号传输采用2.4GHz射频通信技术。低功耗蓝牙技术的商用推广由蓝牙技术联盟负责,目标应用主攻医疗保健、运动健身、安保系统、穿戴式装置、家庭自动化等智能创新产品设备。

智能蓝牙技术">智能蓝牙技术(Bluetooth Smart)又称低功耗蓝牙(BLE),是能够将低功耗装置和传感器连到智能手机、平板电脑控制器的无线个人区域网络协议,信号传输采用2.4GHz射频通信技术。低功耗蓝牙技术的商用推广由蓝牙技术联盟负责,目标应用主攻医疗保健、运动健身、安保系统、穿戴式装置、家庭自动化等智能创新产品设备。低功耗蓝牙技术能够帮助创新者研制尺寸紧凑、电池寿命长久且能够无缝连接智能手机的蓝牙智能产品。

 

 

传统蓝牙与智能蓝牙

传统蓝牙是近距离传输数据和语音的无线通信技术标准,被广泛用于智能手机、平板电脑、PC机外设、耳机之间的数据交换和音视频传输,但是传统蓝牙技术耗电较高。人们对便携产品的电池续航时间有很高的期待,期望这些装置的普通电池或充电电池拥有很长的续航时间,因此,传统蓝牙不适用于电池供电的便携产品。

低功耗蓝牙技术与传统蓝牙技术共用同一频带通信,但是所占用通道的数量和频率不同。传统蓝牙使用79个1-MHz宽带通道,而低功耗蓝牙技术使用40个 2-MHz宽带通道。低功耗蓝牙技术使用跳频方法克服窄带干扰问题,可让以前受限于功耗的产品能够进行低功耗连接和基本数据传输。

 

 

低功耗蓝牙的特性

单模智能蓝牙(Bluetooth Smart)

智能蓝牙芯片的功耗极低,是真正的低功耗通信连接技术,仅一枚普通硬币电池即可让智能蓝牙配件工作长达数月甚至数年之久。智能蓝牙装置可将数据信息传输到另一个智能蓝牙装置或集成双模智能蓝牙的智能手机、平板或笔记本电脑。

双模智能蓝牙(Bluetooth Smart Ready)

双模智能蓝牙芯片是在一颗芯片上集成传统蓝牙 + 低功耗蓝牙的集线器,能够接收传统蓝牙和智能蓝牙装置发送的数据,将其转换成有价值的信息。

蓝牙装置之间的兼容性

 

 

BlueNRG智能蓝牙芯片的主要特性

功耗要求

因为大多数智能蓝牙装置都是由电池供电,所以蓝牙功耗的高低直接影响电池的使用寿命,蓝牙芯片对于90%的目标应用具有重要的意义。在一个具有市场竞争力的低功耗蓝牙IC上,超低睡眠等低功耗省电模式和极短的工作模式转换时间可将蓝牙芯片的平均工作电流降至极低水平,从而达到延长电池续航时间的目的。意法半导体的BlueNRG是一个超低功耗的智能蓝牙(BLE)单模网络处理器,符合蓝牙技术规范v4.0的要求,让目标应用只使用一枚普通硬币电池即可满足最大工作电流的严格要求。

更新固件

如果蓝牙联盟修改了蓝牙协议栈,设备厂商则必须修改产品设计,使其符合新的蓝牙协议,因此智能蓝牙装置应具有协议栈更新能力,意法半导体BlueNRG 芯片的智能蓝牙协议栈运行在内部Cortex M0处理器内核上,非易失性闪存支持现场升级协议栈。

射频网络

为实现射频通信智能蓝牙IC还需要平衡-不平衡转换器,以匹配天线和过滤网络。在很多情况下,平衡-不平衡转换器似乎是一个瓶颈,因为设计人员要求它既完美又不占用宝贵的印刷电路板空间。意法半导体推出一个高可靠性的平衡-不平衡转换器芯片,高集成度特性使其节省电路板空间、成本,更容易集成到产品设计内。

模块划分

智能蓝牙系统主要有两种模块划分方法

a) 系统芯片 [SOC]

蓝牙系统芯片单片集成BLE收发器和微控制器,不仅包含智能蓝牙协议栈,还包含蓝牙规范和应用软件。系统芯片的好处是集成度高,适用于较简单的系统设计,但是缺乏灵活性,不能让开发人员根据系统外设选择最适合的微控制器,亦不能处理较复杂任务,例如,管理多路传感器。

b) 网络处理器

网络处理器需要外部微控制器运行蓝牙应用规范和应用软件,网络处理器可能有协议栈,也可能没有。如果没有协议栈,则微控制器需提供协议栈。意法半导体的BlueNRG网络处理器内置协议栈和SPI接口,方便连接外部微控制器。这种模块划分方法具有较高的灵活性,让开发人员根据系统外设或复杂性选择适合的微控制器,能够更好地满足系统电源管理要求。

智能蓝牙芯片的应用规范

 

智能蓝牙 – 低功耗连接技术革命

 

意法半导体智能蓝牙芯片BlueNRG的分层架构

 

 

智能蓝牙应用

运动器材和穿戴式装置

智能手表、运动量监测器、计步器让用户能够通过智能手机监测自己的健身运动量,这些装置可以捕捉生物统计学数据,例如,心率、速度/步伐、距离、踏频、总步数和燃烧的热量,然后通过蓝牙将这些数据发送到智能手机或平板电脑上的相关应用软件,与社交圈子分享自己的成果。这些应用可优化运动成绩、目标监测、体重控制、方向数据和方位共享。

医疗保健

智能手表、心率监视器、血糖计、脉搏血氧仪、计步器等医疗健身装置现在可以通过智能蓝牙连到智能手机,甚至还可以通过智能手机连接到互联网,监测用户身体活动,全天记录生物统计数据,无需人工24小时守护。用户可将数据信息保存到云端,与医生和亲朋好友分享。低功耗蓝牙技术还准许将这些装置放在重要位置,例如,鞋内、手腕上等。低功耗蓝牙技术支持多种保健应用,例如,血糖计、心率监测仪、体温计和血压计。

智能家居

低功耗蓝牙BLE技术准许控制系统控制灯具、家电、门锁、车库门、保安系统、空调等设备装置。在安装了BLE模块时,这些设备可与支持BLE的智能手机或平板电脑通信,还可以按照个人的需求开发创新的应用软件,控制智能家居中的各种设备装置。

低功耗蓝牙还是一种安全的无线通信技术,为用户提供准确的电能表数据,监控家庭用电情况。

生活辅助

低功耗蓝牙可以让子女远程监护老人。在药盒内置加速度传感器和低功耗蓝牙模块后,如果用户没有按时吃药或打开药盒,用户将会收到吃药提醒通知。在家电、坐便和房门内安装加速度传感器和低功耗蓝牙模块后,智能手机可记录老人的活动量,让老人的子女放心,一旦有紧急情况发生,还能直接呼叫急救中心,无需人工介入。

遥控器

今天红外是无线遥控器最常用的通信技术。然而,视线对准和只能单向通信是红外遥控器的短板。低功耗蓝牙遥控器不受视线对准限制,如果集成MEMS运动传感器,还支持手势动作遥控。此外,低功耗蓝牙遥控器还能接收主媒体设备的输入信号,打开遥控器上的LED指示灯,或发现丢在房间内的遥控器。

低功耗蓝牙还能将双模智能蓝牙手机变成遥控器,只要在主媒体设备内增加低功耗蓝牙,就可以省去一个遥控器。

工业自动化

现在设备可直接向支持BLE的智能手机或平板电脑发送性能、安全等重要信息,再也没有电缆的羁绊,使机器安装更灵活,联网更容易。

接近侦测和防盗配件

当配戴BLE配件的宠物或儿童走出视线外,智能手机就会提示宠物主人或家长。有了BLE技术,用智能手机可轻松找到忘记放在哪里的汽车钥匙。当钱包或行李包内置BLE配件时,如果有人想偷钱包或行李,智能手机就会提示用户注意。BLE支持接近检测和FIND ME规范,能够将这些应用情景顺利变成现实。

汽车

低功耗蓝牙技术可在智能手机上显示自行车里程、距离等重要参数,意法半导体 BlueNRG集成一个密钥识别功能,因此,无需编码器/解码器即可实现 1M 唯一代码,这个功能可让汽车或自行车与遥控器或智能手机配对。BLE技术还能用于实现FIND ME灯,帮助车主在停车内快速找到自行车。

智能蓝牙认证

智能蓝牙产品必须通过蓝牙技术联盟认证才能成为授权蓝牙产品。智能蓝牙认证需要通过设计测试、RF-PHY测试、协议栈和基于Bluetooth GATT的应用规范测试。意法半导体提的主从模式协议栈均经过认证测试,因此,不再需其它的协议栈认证测试。

结论

低功能蓝牙技术在智能手机等控制设备与外设配件之间架起一座通信桥梁,同时还引爆了物联网和穿戴式技术的创新革命,降低决策过程中人为干预程度。现在有很多大品牌智能手机和主流操作系统(例如,iOS、 Windows 和Android)都支持低功耗蓝牙标准,预计不久的将来低功耗蓝牙将会成为智能手机的标配。数百万台双模智能蓝牙手机、笔记本和平板电脑将会为智能蓝牙配件提供一个巨大的成长平台,工作电流极低,只使用一个硬币电池即可工作数年之久,再加低廉的制造成本,低功耗蓝牙成为了无线连接解决方案的首选技术,意法半导体在此项技术的研发投入很大,研制出多款传感器和模拟产品,以完善智能蓝牙硬件产品组合。

[整理编辑:中国测控网]
标签:  智能蓝牙[31]    射频通信[2]
 
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