基于藍(lán)牙的HMI應(yīng)用可靠設(shè)計(jì)解決方案

工業(yè)設(shè)備HMI將給設(shè)計(jì)人員帶來巨大的挑戰(zhàn)。因?yàn)?a target="_blank">產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)格可能需要遵循標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)，設(shè)備可能會(huì)受到物理尺寸的限制，并且可能需要為較大的設(shè)備配備控制裝置。工業(yè)環(huán)境中使用的產(chǎn)品代表著至關(guān)重要的資本投資，這意味著即使它們堅(jiān)固的本地接口受到各種壓力因素的影響，仍希望它們可以可靠地使用多年。安全也是另一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素。在連接到其他設(shè)備（例如計(jì)算機(jī)）時(shí)，產(chǎn)品必須保持安全運(yùn)行，這通常需要在所有外部端口上進(jìn)行電氣隔離。

人機(jī)界面（HMI）隨處可見，并且近年來已成為大量應(yīng)用聚焦的主題。在消費(fèi)類產(chǎn)品通過創(chuàng)新的HMI設(shè)計(jì)帶來增強(qiáng)的連接性和更加身臨其境的用戶體驗(yàn)之際，工業(yè)產(chǎn)品卻仍在繼續(xù)采用物理接口，這些物理接口通常依賴小型顯示器或簡單LED來實(shí)現(xiàn)HMI，并以簡單的機(jī)電開關(guān)或按鈕為主要交互方式。如果設(shè)備具有本地連接功能，通常使用電纜和物理連接器來實(shí)現(xiàn)物理接口。由此可見，通過改變工業(yè)產(chǎn)品的互連方式來改善用戶體驗(yàn)具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谌找婕姺睆?fù)雜的市場中，這為追求創(chuàng)新的供應(yīng)商提供了打造差異化產(chǎn)品的機(jī)會(huì)。

但我們也應(yīng)該看到，工業(yè)設(shè)備HMI將給設(shè)計(jì)人員帶來巨大的挑戰(zhàn)。因?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)格可能需要遵循標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)，設(shè)備可能會(huì)受到物理尺寸的限制，并且可能需要為較大的設(shè)備配備控制裝置。工業(yè)環(huán)境中使用的產(chǎn)品代表著至關(guān)重要的資本投資，這意味著即使它們堅(jiān)固的本地接口受到各種壓力因素的影響，仍希望它們可以可靠地使用多年。安全也是另一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素。在連接到其他設(shè)備（例如計(jì)算機(jī)）時(shí)，產(chǎn)品必須保持安全運(yùn)行，這通常需要在所有外部端口上進(jìn)行電氣隔離。

諸如藍(lán)牙等由現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)的無線技術(shù)為設(shè)計(jì)人員提供了新工具，這些工具可以幫助他們改變工業(yè)設(shè)備的用戶體驗(yàn)。此外，與傳統(tǒng)的有線連接解決方案相比，基于藍(lán)牙的人機(jī)界面可節(jié)省成本。

藍(lán)牙可提供出色的用戶體驗(yàn)

通過將藍(lán)牙與工業(yè)設(shè)備一起使用，可以使終端用戶將任何支持藍(lán)牙的設(shè)備無線連接到其設(shè)備上，從而消除對特定類型連接器的物理依賴。當(dāng)前，幾乎所有設(shè)備（包括智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦）都支持藍(lán)牙，這清楚地表明了該技術(shù)的平臺(tái)無關(guān)性。這對終端客戶是極其有益的，因?yàn)樗麄兛梢圆辉倬窒抻谑褂梦锢砗碗姎馍霞嫒莸亩ㄖ圃O(shè)備，甚至存在競爭關(guān)系的操作系統(tǒng)和產(chǎn)品品牌都可以使用藍(lán)牙來實(shí)現(xiàn)彼此兼容。

隨著藍(lán)牙靈活性的提高，開發(fā)人員可以利用移動(dòng)應(yīng)用來自由地創(chuàng)建更多創(chuàng)新和直觀的圖形用戶界面，而無須再受設(shè)備尺寸或物理按鈕的限制。易于理解的用戶界面不僅可以提供更美觀的體驗(yàn)，還可以減少與用戶有關(guān)的錯(cuò)誤。不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用復(fù)雜的按鈕，直觀的屏幕可以更好地展現(xiàn)功能，并向用戶提供更清晰的指令。這樣，就可以減少培訓(xùn)操作員學(xué)習(xí)使用新系統(tǒng)的時(shí)間，從而為終端客戶提供額外的收益。

當(dāng)對設(shè)備和數(shù)據(jù)的訪問得以簡化時(shí)，就可以去開發(fā)新的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用案例和功能。這包括減少重新配置設(shè)備的設(shè)置所需的時(shí)間，或者增加預(yù)測性維護(hù)（通過訪問和分析操作數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)）等功能。這些操作可以通過無線（OTA）方式完成，而不會(huì)影響正常操作。而且，通過引入云連接，可以直接從托管數(shù)據(jù)庫集中分發(fā)新設(shè)置來解決操作錯(cuò)誤，而無需操作員在本地進(jìn)行編程。

移除物理連接可節(jié)省成本

與傳統(tǒng)的人機(jī)界面相比，藍(lán)牙可大幅節(jié)省成本。在工業(yè)設(shè)備市場上，電氣隔離式串行端口是最常見的接口技術(shù)之一。與隔離式串行端口相比，系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）藍(lán)牙模塊的物料清單（BOM）成本最多可降低48％。如果該設(shè)備還有本地LCD顯示屏和開關(guān)、按鈕等機(jī)電組件，成本差異將變得更大。

降低的維護(hù)費(fèi)用則可以進(jìn)一步節(jié)省總體成本。使用藍(lán)牙時(shí)，用戶不用接觸任何機(jī)械組件。因此就不會(huì)有與這些組件相關(guān)的故障，從而減少了產(chǎn)品的退貨率。對于終端客戶而言，無線接口消除了因連接器損壞等事故而導(dǎo)致機(jī)械故障的可能性，從而避免了昂貴的維修費(fèi)用。

轉(zhuǎn)向無線接口可提升未來的擴(kuò)展性和安全性

工業(yè)設(shè)備的預(yù)期使用壽命為很多年，這大大超過了大多數(shù)消費(fèi)產(chǎn)品的典型使用壽命。在工業(yè)設(shè)備使用期間，開發(fā)者不可避免地要開發(fā)新功能以滿足不斷發(fā)展的市場需求。但向工業(yè)設(shè)備添加新功能可能是一個(gè)繁瑣的過程，因?yàn)樗鼈兺ǔＮ挥谖锢碓L問受限的地方或者需要耗費(fèi)大量努力和成本才能訪問的地方。然而通過使用OTA固件更新，無線技術(shù)提供了一種更為簡單的升級(jí)方法。對于終端客戶而言，設(shè)備升級(jí)為他們提供了持續(xù)利用自己初始投資的新方法，而設(shè)備制造商也可以去實(shí)現(xiàn)新的業(yè)務(wù)模式，專注于銷售可選的軟件功能，從而延長其產(chǎn)品的收益周期。

和所有軟件一樣，移動(dòng)應(yīng)用也需要維護(hù)，而與之相伴的是底層操作系統(tǒng)在不斷演進(jìn)。在選擇藍(lán)牙供應(yīng)商時(shí)，設(shè)備制造商應(yīng)密切關(guān)注供應(yīng)商對維護(hù)藍(lán)牙協(xié)議棧和移動(dòng)應(yīng)用庫所做出的承諾。在操作系統(tǒng)新的主要版本發(fā)布時(shí)，可以提供及時(shí)且經(jīng)過測試的庫更新的供應(yīng)商會(huì)更受歡迎。

工業(yè)系統(tǒng)日漸成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的目標(biāo)。此外，已經(jīng)存在或正在計(jì)劃中的相關(guān)法規(guī)也越來越多。例如，最近的一項(xiàng)法規(guī)是美國加利福尼亞州的SB327，該法規(guī)為互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備制定了規(guī)則。盡管藍(lán)牙本身包含安全功能（例如加密），但僅依靠標(biāo)準(zhǔn)本身提供的安全性是不夠的。設(shè)備制造商應(yīng)確保自己的藍(lán)牙供應(yīng)商具有強(qiáng)大的安全能力，并且其無線系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）和模塊應(yīng)包括安全啟動(dòng)（secure boot）等先進(jìn)功能，以防止未簽名的固件在設(shè)備上執(zhí)行。

云連接已成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的主流。通過將藍(lán)牙與現(xiàn)代移動(dòng)操作系統(tǒng)相結(jié)合，安全的云連接變得比更新傳統(tǒng)的桌面應(yīng)用要容易得多。此外，云應(yīng)用使軟件更新交付更加集中化。隨著工業(yè)4.0浪潮席卷不同的垂直市場，對基于云的解決方案的需求預(yù)計(jì)將繼續(xù)增長。

減少機(jī)電組件的數(shù)量提高了可靠性

對于按鈕或顯示器，它們平均多長時(shí)間會(huì)出現(xiàn)故障？物理連接器可以無故障地承受多少次插拔？對具有物理用戶界面的設(shè)備，以上這些問題及其他許多問題都是設(shè)計(jì)人員所必須考慮的。與之相反，無線技術(shù)不受機(jī)械壓力的影響，同時(shí)去掉物理接口意味著在強(qiáng)化工業(yè)環(huán)境的設(shè)計(jì)時(shí)可以少考慮一個(gè)變量。

任何東西與設(shè)備進(jìn)行物理連接都需要在設(shè)備外殼上開一個(gè)口。由于工業(yè)設(shè)備通常部署在多變且惡劣的環(huán)境中，因此我們必須保護(hù)此類開口免受灰塵、水濺及其他可能損壞設(shè)備或零件的因素的影響。而在使用藍(lán)牙連接之后，設(shè)備外殼可以完全密封。如果使用了LED指示器，則可以將它們放置在外殼內(nèi)，通過半透明的屏障來觀察。

通過使用藍(lán)牙所實(shí)現(xiàn)的可靠性提高可以為設(shè)備制造商和最終用戶節(jié)省實(shí)際成本，其中包括：

設(shè)計(jì)可承受惡劣環(huán)境的外殼所花費(fèi)的時(shí)間更少，從而縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。

機(jī)電組件的數(shù)量更少，與半導(dǎo)體器件相比，它們通常非常昂貴，因此從設(shè)計(jì)中移除這些昂貴的組件也可以提高毛利率。

最終用戶的總體擁有成本（TCO）更低，因?yàn)槭褂昧怂{(lán)牙的簡化式人機(jī)界面所需的維護(hù)更少。

眾所周知，在工業(yè)環(huán)境中，大量機(jī)器和設(shè)備會(huì)產(chǎn)生射頻（RF）噪聲，這對無線技術(shù)構(gòu)成了挑戰(zhàn)。由于藍(lán)牙使用跳頻技術(shù)，因此它能更好地抵御來自各種來源的射頻干擾（RFI）。這是一項(xiàng)重要的考量因素，因?yàn)樵S多應(yīng)用和技術(shù)都會(huì)使用2.4GHz ISM頻段。對一個(gè)或多個(gè)信道造成干擾將不會(huì)完全中斷通信。因此，藍(lán)牙適用于工業(yè)環(huán)境。

藍(lán)牙連接設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

有多種方法可以為應(yīng)用添加藍(lán)牙連接。如果開發(fā)者本身擁有藍(lán)牙設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，同時(shí)有嵌入式固件和移動(dòng)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，以及通過RF認(rèn)證流程進(jìn)行設(shè)計(jì)所需的資源，那么把藍(lán)牙SoC解決方案設(shè)計(jì)到應(yīng)用中對他們而言就是一種經(jīng)濟(jì)高效的做法。

然而，對僅掌握少量無線產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的公司而言，預(yù)集成和預(yù)認(rèn)證的無線模塊則是他們的理想解決方案。選擇具有預(yù)認(rèn)證的RF和硬件的集成模塊，可使這些公司在為其設(shè)計(jì)添加無線技術(shù)時(shí)花費(fèi)更少的時(shí)間。

選擇藍(lán)牙模塊的好處包括：

集成天線選擇，最大限度地減少了對RF專業(yè)知識(shí)的需求

預(yù)認(rèn)證，避免了冗長而昂貴的RF認(rèn)證工作

開箱即用的性能，可以滿足大多數(shù)需求

預(yù)編程模塊可提供諸多優(yōu)勢

使用模塊添加藍(lán)牙連接仍需要開發(fā)者對藍(lán)牙協(xié)議有一定程度的熟悉，同時(shí)了解如何使用供應(yīng)商的藍(lán)牙協(xié)議棧和相關(guān)API。在許多藍(lán)牙應(yīng)用中，開發(fā)者還必須創(chuàng)建一個(gè)與藍(lán)牙連接協(xié)處理器（NCP）相連接的嵌入式主機(jī)。這個(gè)主機(jī)到NCP的通信鏈路通常會(huì)暴露NCP的低層控制，而且嵌入式主機(jī)必須投入大量的片上資源來維護(hù)緩沖區(qū)及監(jiān)控NCP藍(lán)牙鏈路的狀態(tài)。為了滿足這些需求，工程師可能會(huì)傾向于選擇一種性能超過應(yīng)用規(guī)格的嵌入式主機(jī)，這會(huì)使成本比應(yīng)用實(shí)際所需的成本更高。性能超過應(yīng)用規(guī)格的MCU可能還會(huì)產(chǎn)生更多的功耗。

然而，評估正確的解決方案本身確實(shí)存在諸多挑戰(zhàn)，因?yàn)殚_發(fā)者必須探索所有可能的應(yīng)用場景，并評估每個(gè)應(yīng)用場景可能會(huì)對功能產(chǎn)生何種影響。還有必要對盡可能多的應(yīng)用場景進(jìn)行測試，以查看應(yīng)用功能是否能按預(yù)期運(yùn)行，然后當(dāng)出現(xiàn)故障或漏洞時(shí)對它們進(jìn)行排除或修復(fù)。這可能會(huì)涉及跨主機(jī)和NCP開發(fā)環(huán)境進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)試。

幸運(yùn)的是，選用預(yù)認(rèn)證的模塊，可以進(jìn)一步簡化藍(lán)牙設(shè)計(jì)。預(yù)認(rèn)證模塊通過藍(lán)牙固件進(jìn)行了預(yù)編程，可提供開箱即用的連接性。預(yù)編程模塊的好處包括：

可以訪問藍(lán)牙協(xié)議棧和預(yù)編程的嵌入式應(yīng)用固件，無需進(jìn)行固件開發(fā)

可以獲得生產(chǎn)級(jí)的測試基礎(chǔ)架構(gòu)，用于測試模塊供應(yīng)商已配置好的協(xié)議棧和固件

內(nèi)置對固件更新和引導(dǎo)加載的支持，從而可以支持未來的安全更新、漏洞修復(fù)和穩(wěn)健性提升

在嵌入式系統(tǒng)和移動(dòng)電話之間建立連接

如前所述，使用藍(lán)牙的優(yōu)勢包括可以訪問各種各樣潛在的用戶界面設(shè)計(jì)資源，特別是可以方便地使用平板電腦或其他形式的移動(dòng)設(shè)備作為控制器。然而，移動(dòng)應(yīng)用程序的開發(fā)是一個(gè)專門的領(lǐng)域，因此，作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)要素，制造商通常需要為其雇用外部開發(fā)服務(wù)。懂得如何正確編寫可與iOS和Android平臺(tái)上的低層藍(lán)牙API相連接的應(yīng)用程序代碼的開發(fā)人員相對較少，而提供這種專業(yè)技能的服務(wù)可能會(huì)非常昂貴。企業(yè)可能還需要為每個(gè)平臺(tái)聘請不同的專家，這會(huì)增加前期成本，并帶來耗時(shí)的項(xiàng)目設(shè)置難題。

使用模塊供應(yīng)商開發(fā)和提供的無線接口庫開啟移動(dòng)應(yīng)用程序的開發(fā)，可以顯著降低移動(dòng)應(yīng)用程序開發(fā)的門檻。一個(gè)專為與選定的預(yù)編程模塊連接而設(shè)計(jì)的無線接口庫提供：

• 面向多種移動(dòng)操作系統(tǒng)的核心藍(lán)牙API的抽象接口
• 專門用于優(yōu)化嵌入式模塊接口控制的API
• 用于固件更新的云到模塊的路徑

Silicon Labs的Bluetooth Xpress產(chǎn)品結(jié)合了這些開發(fā)優(yōu)化功能，可以提供簡化的嵌入式到手機(jī)的連接。

Bluetooth Xpress產(chǎn)品結(jié)合了固件、硬件和移動(dòng)開發(fā)優(yōu)化功能，其提供的低功耗藍(lán)牙5（Bluetooth Low Energy 5）模塊可以將應(yīng)用從概念到原型所需的開發(fā)時(shí)間縮短到僅有一天。Bluetooth Xpress產(chǎn)品還包括用于移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)的Xpress框架，該框架大幅減少了向移動(dòng)應(yīng)用程序添加藍(lán)牙連接所需的開發(fā)時(shí)間。

Silicon Labs Bluetooth Xpress模塊（BGX13P和BGX13S）的主要功能包括：

一款開箱即用、預(yù)編程、預(yù)認(rèn)證的藍(lán)牙解決方案，支持藍(lán)牙5功能，包括2M PHY和長距離PHY

通過高層Gecko OS Xpress Command API設(shè)置和控制板載的無線協(xié)議棧

波特率、流控制、通用輸入輸出（GPIO）和藍(lán)牙性能參數(shù)均可針對應(yīng)用的特定需求進(jìn)行配置

一個(gè)I2C主接口，可實(shí)現(xiàn)低功耗藍(lán)牙無線到I2C的通信

輸入引腳監(jiān)控，支持自動(dòng)的數(shù)字邏輯轉(zhuǎn)換響應(yīng)

只需要來自主處理器的少量資源，支持開發(fā)人員向任何MCU添加無線連接

同時(shí)提供PCB和SiP封裝

一站式設(shè)計(jì)支持

支持安全功能和固件更新

Bluetooth Xpress模塊在三種應(yīng)用場景中的功能：

1. BGX13到智能手機(jī)——在這種應(yīng)用場景中，BGX充當(dāng)一個(gè)可被智能手機(jī)發(fā)現(xiàn)并連接的外圍設(shè)備。

2. BGX13到BGX13——在這種應(yīng)用場景中，一個(gè)BGX充當(dāng)可被發(fā)現(xiàn)和連接的外圍設(shè)備，另一個(gè)BGX充當(dāng)控制端，執(zhí)行掃描和連接。連接后，BGX13可以在數(shù)據(jù)流模式下工作，即在兩個(gè)點(diǎn)之間以無開銷數(shù)據(jù)流方式傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)；也可以在命令模式下工作，這種模式下Bluetooth Xpress命令可以被遠(yuǎn)程執(zhí)行。

3.沒有嵌入式主機(jī)的BGX——這種應(yīng)用場景是應(yīng)用場景1和2的一種變化形式。在這種應(yīng)用場景中，諸如輸入引腳監(jiān)控、事件通知和藍(lán)牙至I2C橋接器等板載Bluetooth Xpress功能足以承擔(dān)嵌入式主處理器的所有職責(zé)。

在這些已定義的應(yīng)用場景中，BGX的流控制信號(hào)可以指示緩沖區(qū)狀態(tài)，也可用于指示嵌入式主機(jī)是否能傳輸數(shù)據(jù)。

圖1：可以用多種方式來部署藍(lán)牙模塊，以滿足應(yīng)用的特定需求

Bluetooth Xpress的配置和通信

系統(tǒng)通過運(yùn)行時(shí)可配置的命令接口來控制Bluetooth Xpress的預(yù)編程功能，其默認(rèn)設(shè)置保存在非易失性存儲(chǔ)器中。該接口可通過串行接口引腳來使用，也可通過藍(lán)牙接口以無線方式執(zhí)行，它充當(dāng)一個(gè)高層網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器。

在大多數(shù)操作狀態(tài)下，Bluetooth Xpress充當(dāng)一個(gè)零開銷（zero-overhead）的藍(lán)牙到串口的數(shù)據(jù)流。例如，Bluetooth Xpress模塊可以通過改變端口引腳的狀態(tài)來向嵌入式主機(jī)發(fā)送信號(hào)，表明已建立連接。在連接點(diǎn)上，串行接口的RX和TX引腳充當(dāng)雙向數(shù)據(jù)接口，其功能與有線串行鏈路相同。數(shù)據(jù)可以從主機(jī)寫入Bluetooth Xpress模塊的RX引腳，然后Bluetooth Xpress通過BLE鏈路逐字節(jié)傳輸該數(shù)據(jù)。在BLE鏈路的另一側(cè)，要么是智能手機(jī)接收數(shù)據(jù)并向移動(dòng)應(yīng)用程序提供緩沖區(qū)，要么是另一個(gè)Bluetooth Xpress模塊接收數(shù)據(jù)。這個(gè)接收數(shù)據(jù)的Bluetooth Xpress模塊之后會(huì)通過其TX引腳將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，由遠(yuǎn)程嵌入式主機(jī)接收。

在工業(yè)自動(dòng)化的HMI中使用藍(lán)牙

許多工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將串行協(xié)議用于本地的配置和診斷端口。該技術(shù)眾所周知，并被廣泛支持。盡管許多這樣的物理串行端口在現(xiàn)代筆記本電腦中已很少使用，但虛擬COM端口驅(qū)動(dòng)程序允許使用USB來代替?，F(xiàn)在，這種傳統(tǒng)架構(gòu)為基于藍(lán)牙的人機(jī)界面替代性產(chǎn)品提供了沃土。

圖2展示了一個(gè)傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，它使用串行接口來支持本地的配置和診斷端口。電纜接口會(huì)帶來諸多挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)會(huì)增加產(chǎn)品成本，同時(shí)降低便利性，并對整體用戶體驗(yàn)產(chǎn)生負(fù)面影響。

為了確保用戶安全，電纜接口必須與該工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的其余電路進(jìn)行電氣隔離。另外，電纜接口需要一個(gè)芯片來提供RS-232驅(qū)動(dòng)程序和實(shí)際的物理串行端口。這些以及所需的無源器件會(huì)增加設(shè)備的物料清單（BOM）成本，并且需要更多的PCB面積。

電纜接口可能還會(huì)帶來物理訪問挑戰(zhàn)。如果將設(shè)備安裝在難以觸及的位置，則可能無法將電纜連接到設(shè)備上。這意味著該設(shè)備只能發(fā)揮其部分功能和優(yōu)勢。

圖2：使用帶有電氣隔離的串行端口進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法

現(xiàn)在看看圖3中的示例，該示例展示了相同的工業(yè)設(shè)備，其使用了Silicon Labs BGX13 Bluetooth Xpress模塊，該模塊專為可輕松替代電纜的場景而設(shè)計(jì)。應(yīng)用CPU可以繼續(xù)使用現(xiàn)有的UART接口，因?yàn)锽luetooth Xpress支持通過藍(lán)牙鏈路傳輸串行數(shù)據(jù)。這樣的設(shè)計(jì)下，設(shè)計(jì)人員無需事先掌握任何藍(lán)牙知識(shí)，因此可以大幅減少與藍(lán)牙集成相關(guān)的時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)。所有智能功能都內(nèi)置于在模塊上運(yùn)行的協(xié)議棧和應(yīng)用固件中。Bluetooth Xpress還支持SPI接口，這使其更適合于此應(yīng)用。

Bluetooth Xpress模塊具有不同的外形尺寸，其中最小的SiP封裝尺寸僅為6×6毫米，非常適合空間受限的應(yīng)用。由于模塊還包括天線，因此設(shè)計(jì)人員在電路板上放置模塊時(shí)擁有更大的靈活性。

圖3：使用藍(lán)牙替代電纜的應(yīng)用示例

重要的一點(diǎn)是，將藍(lán)牙用于人機(jī)界面不會(huì)取代或影響現(xiàn)場總線通信的用途。這種方法保持了對前代設(shè)備的向后兼容性，這是許多工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備客戶所重視的事情。

通過移除電氣隔離、串行接口驅(qū)動(dòng)程序和物理連接器，可以簡化BOM，與電纜接口相關(guān)的產(chǎn)品成本可以降低多達(dá)48％。移除物理連接器還能避免給外殼開口以使用戶可以接觸連接器這一需求。如果連接器需要針對灰塵或潮濕等環(huán)境條件實(shí)施額外的保護(hù)，則可以實(shí)現(xiàn)更大的成本節(jié)省，因?yàn)槭褂没谒{(lán)牙的解決方案將不再需要這些保護(hù)措施。

這種架構(gòu)允許用戶從一個(gè)位置無線連接多個(gè)設(shè)備，而無需對設(shè)備進(jìn)行物理訪問，這可以提高功能安全性。這樣就可以更靈活地修改設(shè)備配置及下載存儲(chǔ)在設(shè)備中的診斷數(shù)據(jù)以進(jìn)行分析和故障排除。默認(rèn)情況下，藍(lán)牙還包括數(shù)據(jù)加密和散列算法，這可以為抵御網(wǎng)絡(luò)威脅增加另一層保護(hù)。

如上所述，Bluetooth Xpress產(chǎn)品附帶的移動(dòng)應(yīng)用框架可以大幅簡化藍(lán)牙的集成設(shè)計(jì)。通過抽象低層藍(lán)牙功能使其可通過API訪問，可以幫助設(shè)備制造商實(shí)現(xiàn)更快的產(chǎn)品上市時(shí)間，因?yàn)樗麄兛梢詫⒏邇r(jià)值的開發(fā)工作用于為產(chǎn)品添加功能，而不是去學(xué)習(xí)藍(lán)牙在Android或iOS方面的特性。移動(dòng)應(yīng)用還支持云連接，這可以用于提供基于云的新產(chǎn)品。

結(jié)論

從本質(zhì)上講，藍(lán)牙與硬件無關(guān)?，F(xiàn)在，越來越多的設(shè)備支持藍(lán)牙連接，這意味著它是低層功能與高層控制和監(jiān)視功能之間的有效抽象層。

藍(lán)牙在工業(yè)環(huán)境中有很多好處。作為可替代電纜的技術(shù)，它已經(jīng)被證明是HMI應(yīng)用設(shè)計(jì)中的一種可靠解決方案。使用Silicon Labs的Bluetooth Xpress這樣的模塊為設(shè)備添加藍(lán)牙連接功能可以節(jié)省大量可衡量的費(fèi)用，而且不需要物理電纜接口要用到的那些昂貴組件，從而可以顯著降低成本。同時(shí)，使用移動(dòng)應(yīng)用程序可以提供更友好的用戶界面，通過將應(yīng)用程序連接到云端還可以進(jìn)一步擴(kuò)展功能。

憑借在板層、鏈路層和移動(dòng)應(yīng)用層易于集成的現(xiàn)成API，Bluetooth Xpress產(chǎn)品組合成為了替代現(xiàn)有串行通信電纜接口的理想解決方案。使用預(yù)認(rèn)證的模塊可以實(shí)現(xiàn)更快的產(chǎn)品上市時(shí)間，因?yàn)樵O(shè)備制造商不用再去擔(dān)心耗時(shí)的認(rèn)證過程，而是可以專注于市場營銷工作以使他們的設(shè)備獲得成功。

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