如何選擇物聯(lián)網(wǎng)藍牙方案

自第一版藍牙通信標準——藍牙1.0標準于1999年發(fā)布以來，至今藍牙標準的更新已經(jīng)持續(xù)了二十多 年。同樣是在1999年，物聯(lián)網(wǎng)一詞正式由麻省理工學院自動識別實驗室的負責人凱文·阿什頓提出。

時至今日，藍牙已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域重要的短距離無線通信技術(shù)。同時，在物聯(lián)網(wǎng)龐大需求的帶動 下，全球藍牙設(shè)備出貨量在逐年遞增。根據(jù)藍牙技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布的《2021年藍牙市場最新資訊》，至 2025年全球藍牙設(shè)備出貨量將超過60億臺，2021年-2025年的年復合增長率達到10%。

藍牙在物聯(lián)網(wǎng)中扮演重要角色

當前，我們已經(jīng)在基于性能出色的藍牙5.2標準打造產(chǎn)品，但業(yè)者都知道，從藍牙1.0到今天的藍牙 5.2，中間有漫長的技術(shù)演化過程，通過圖2我們先來簡單回顧一下這段技術(shù)發(fā)展歷程。

作為一種開放性的全球規(guī)范，藍牙技術(shù)通過一代又一代的迭代已經(jīng)形成自身獨特的技術(shù)優(yōu)勢，包括低 功耗、低延遲、低成本，以及數(shù)據(jù)和聲音傳輸可同時管理等，在多個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中形成了產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

首先，藍牙已經(jīng)成為支持智能手機、筆記本電腦和平板電腦點對點連接的主要途徑和標準配置，包括 信息交互和外部設(shè)備連接。在信息交互方面，消費者可以通過手機輕松完成手機對手機文件傳輸、手 機對汽車影音控制等應(yīng)用；在外部設(shè)備連接方面，筆記本電腦和平板電腦的許多外部無線設(shè)備都是基 于藍牙打造，包括鍵盤、鼠標、打印機和耳機等。

其次，藍牙已經(jīng)成為可穿戴設(shè)備重要的連接手段，打造出TWS無線耳機和智能手表兩大當紅終端，更 是助力醫(yī)療可穿戴設(shè)備高速發(fā)展。

TWS無線耳機近兩年的爆紅讓無線音頻成為僅次于智能手機的熱門終端，并持續(xù)釋放巨大的市場潛 力。根據(jù)國際調(diào)研機構(gòu)Strategy Analytics的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年全球TWS耳機出貨量暴漲近90%，達 到3億部。在當前的可穿戴市場，包括TWS耳機在內(nèi)的耳戴設(shè)備是份額最大的，占比達到59.14%，智 能手表緊隨其后，份額達到23.08%，同樣有超過9,000萬塊的出貨量。

從出貨量上來看，目前的醫(yī)療可穿戴還不能和消費電子相比，但未來擁有巨大的增長空間。根據(jù)市場 研究公司IDTechEx的數(shù)據(jù)預(yù)測，2025年全球可穿戴設(shè)備市場將突破700億美元，帶有醫(yī)療、健身和 健康功能的可穿戴設(shè)備將取代耳戴設(shè)備，成為新的主導市場。

并且，得益于Mesh組網(wǎng)、低功耗和高速傳輸?shù)确矫娴膬?yōu)勢，藍牙在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的地位也顯著提 升，借助紐扣電池就能夠幫助工業(yè)領(lǐng)域打造長續(xù)航、低成本、抗干擾、多連接、高安全性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng) 用。目前很多工廠的智能化升級都選擇將藍牙作為基本的網(wǎng)絡(luò)支撐，來打造下一代智能工業(yè)設(shè)施建 設(shè)。

此外，藍牙位置服務(wù)也具有很大的市場潛力，尤其是在資產(chǎn)跟蹤和室內(nèi)定位領(lǐng)域，有望成長為典型 的、具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。就以室內(nèi)定位而言，在醫(yī)院、超市或工廠等場景中，基于藍牙的位 置服務(wù)使患者、消費者或者工人能夠通過客戶端快速找準功能區(qū)、商品或者設(shè)備的位置，極大地提升 系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的效率。

如何選擇物聯(lián)網(wǎng)藍牙方案？

通過上面的介紹不難看出，目前藍牙在消費、醫(yī)療、工業(yè)、商業(yè)樓宇等物聯(lián)網(wǎng)場景下已經(jīng)形成了多點 開花的局面。不過，當我們選擇基于藍牙打造自己的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時，單純只有一顆藍牙芯片是遠遠不 夠的，我們還需要為完整的方案配置其他的硬件資源。接下來，我們就來看一下該如何選擇適合自己 的物聯(lián)網(wǎng)藍牙方案？

藍牙5.2和藍牙測向

藍牙能夠適用于如此多的應(yīng)用，一個重要的原因在于功耗，與之相關(guān)的便是設(shè)備的續(xù)航問題。從特征 參數(shù)來看，BLE相較于經(jīng)典藍牙傳輸距離更遠，能夠支持從點對點擴展到廣播的應(yīng)用，并支持mesh 組網(wǎng)，可以組建大規(guī)模的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。通過圖3能夠看到，BLE開始通過40個通道以2MHz間隔傳輸數(shù)據(jù)，為開發(fā)者提供了更高的靈活性，讓藍牙技術(shù)具有更好的普適性。

2019年12月，藍牙技術(shù)聯(lián)盟正式對外推出新版本藍牙核心規(guī)范（Bluetooth Core Specification) v5.2。藍牙5.2有三大重要改進，包括LE同步信道、增強版ATT和LE功率控制。因此，藍牙5.2將BLE 帶到了更高的技術(shù)水準。

如果此刻你希望讓即將量產(chǎn)的產(chǎn)品支持藍牙5.2協(xié)議，那么貿(mào)澤電子上來自制造商Silicon Labs的 SLTB010A BG22 Thunderboard開發(fā)平臺是一條捷徑。這款物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺可以讓批量生產(chǎn)的終端 設(shè)備快速支持藍牙5.2通信協(xié)議。SLTB010A是經(jīng)過優(yōu)化的原型設(shè)計和開發(fā)平臺，具有超低功耗、小型 化、高性價比和功能豐富等優(yōu)點，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用啟用藍牙5.2的理想方案。

SLTB010A從核心器件和板子設(shè)計兩個方面進行了功耗優(yōu)化。在核心器件EFR32BG22C224F512IM40 無線片上系統(tǒng)（SoC）上，具有低活動率和睡眠電流功能的節(jié)能型無線電核心，在多個模式下?lián)碛械?功耗優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：

76.8MHz運行時的功耗為27μA/MHz；

3.6mA RX電流（1Mbps GFSK）；

4.1mA TX電流@ 0dBm輸出功率；

8.2mA TX電流@ 6dBm輸出功率；

1.40μA EM2 DeepSleep電流（32kB RAM保持和從LFXO運行的RTC）；

1.75μA EM2 DeepSleep電流（32kB RAM保持和從精密LFRCO運行的RTC）；

0.17μA EM4電流。

在板子設(shè)計方面，SLTB010A板載外設(shè)電源控制，可實現(xiàn)超低功耗運行。通過這樣的方式，在如圖5所示的所有外設(shè)中都有使能信號，可用于完全關(guān)閉不使用的外設(shè)，或者將它們置于消耗極少電量的狀態(tài)。

圖5：SLTB010A開發(fā)平臺外設(shè)（圖源：Silicon Labs）

通過這樣的低功耗核心和板載設(shè)計，配合藍牙5.2本身的低功耗特性，SLTB010A可以幫助用戶快速實 現(xiàn)可量產(chǎn)的基于藍牙5.2的低功耗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

為了更好地使用BLE技術(shù)，使設(shè)備能夠確定BLE信號的方向，從而打造出藍牙接近方案以及實現(xiàn)厘米 級定位精度的藍牙定位系統(tǒng)，藍牙技術(shù)聯(lián)盟于2019年推出了藍牙測向功能，通過達角（AoA）方法，能夠通過BLE實現(xiàn)實時定位，使得安裝天線陣列的本地設(shè)備能夠確定人或者事物的位置，在資產(chǎn)追蹤、工人安全和運動員表現(xiàn)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。

SLTB010A BG22 Thunderboard開發(fā)平臺擁有藍牙5.2測向能力，讓其能夠支持上述幾種我們提到的 定位應(yīng)用。

此外，圖5中就已經(jīng)展示出，SLTB010A搭載多項板載控制器和環(huán)境以及運動傳感器。板載控制器包括J-Link調(diào)試器、數(shù)據(jù)包跟蹤接口（PTI）和Mini Simplicity連接器；環(huán)境、運動傳感器包括相對濕度和溫度傳感器、紫外線和環(huán)境光傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器和6軸IMU。為了方便用戶調(diào)配這些資源，SLTB010A隨附與云連接智能手機應(yīng)用配合使用的藍牙演示板，用來演示如何輕松收集環(huán)境和運動傳感器數(shù)據(jù)以及按鈕和LED控制，進一步加快方案的開發(fā)效率。

還需要對那些在意方案體積的用戶格外強調(diào)的是，除了將豐富的接口資源和傳感器資源集成到板子上，SLTB010A上的集成式PA同樣能夠幫助用戶大大減小方案體積。

基于藍牙m(xù)esh的智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

正如我們上面所提到的，mesh組網(wǎng)是基于藍牙打造物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。藍牙技術(shù)聯(lián)盟在名為《高度可擴展和可靠的智能建筑照明控制的分散式方法》博文中提到，分散式系統(tǒng)將系統(tǒng)的智能化能力分布在多個設(shè)備上，每個設(shè)備都知道必須遵守一組通用的規(guī)則，每個相應(yīng)的設(shè)備都可以理解與其自身及其周圍設(shè)備相關(guān)的信息，在無需中央控制器的情況下提供了更大的靈活性。以智能建筑照明為例，通過藍牙m(xù)esh組網(wǎng)的方式能夠靈活地從一個房間開始打造智能照明，然后擴展到整個樓層，最終遍布整棟建筑。

如圖7所示，在基于藍牙m(xù)esh組網(wǎng)打造的智能照明系統(tǒng)中，每一個燈具都會被賦予一系列智能功能，包括日光感測、運動感測、數(shù)據(jù)采集等，因此每一個燈具又自成系統(tǒng)。

智能照明系統(tǒng)是一個應(yīng)用藍牙m(xù)esh組網(wǎng)的典型例子，此外還包括智慧農(nóng)業(yè)、安防設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測和智慧醫(yī)療等。

對于想要快速打造藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)的用戶，貿(mào)澤電子上來自制造商安森美 (onsemi) 的STR-RSL10- MESH-KIT-GEVK開發(fā)套件是一款多功能，易于配置的工具，可以讓用戶基于RSL10低功耗藍牙5無線 電開發(fā)藍牙低功耗網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

綜合而言，支持Strata的RSL10 Mesh平臺在低功耗的前提下具有開發(fā)和部署網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)所需的各種基 本要素，包括網(wǎng)狀節(jié)點、網(wǎng)關(guān)、集成傳感器和指示器。

在網(wǎng)狀節(jié)點和網(wǎng)關(guān)方面，RSL10 Mesh平臺提供兩個RSL10網(wǎng)狀節(jié)點和一個Strata網(wǎng)關(guān)節(jié)點。通過圖9所示的系統(tǒng)框圖能夠看到，RSL10 Mesh平臺在RSL10網(wǎng)狀節(jié)點上配備了各種可用的智能傳感器和指示器。其中智能傳感器包括低壓溫度傳感器、環(huán)境光傳感器和磁性傳感器；指示器包括可選的振動蜂鳴器連接器、2.3kHz音調(diào)指示器和惠斯登電橋。

圖9：RSL10 Mesh平臺系統(tǒng)框圖（圖源：安森美）

正如我們在介紹智能照明系統(tǒng)時提到的，基于RSL10 Mesh平臺，用戶可以快速打造具有智能功能的節(jié)點，只要通過簡單的設(shè)置，就能夠展示不同的功能面，適用于多種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。該平臺采用RSL10網(wǎng)狀封裝，符合藍牙SIG網(wǎng)狀規(guī)范，具有很高的可擴展性。并且由于是基于藍牙5低功耗技術(shù)打造，每個節(jié)點都可以使用電池供電。

在Strata網(wǎng)關(guān)節(jié)點，用戶可以配置遙控監(jiān)測，支持使用高度直觀的Strata Developer Studio進行評估。在Strata網(wǎng)關(guān)節(jié)點的擴展方面，用戶還可以借助云聯(lián)接的軟件實現(xiàn)更多網(wǎng)關(guān)節(jié)點的配置，并支持空中固件升級（FOTA）。

物聯(lián)網(wǎng)+藍牙的下一步

隨著協(xié)議規(guī)范不斷更新，得益于藍牙芯片技術(shù)的高速發(fā)展，未來我們將會在更低成本的情況獲取到更低功耗、更低延遲的藍牙技術(shù)。協(xié)議規(guī)范之外，藍牙技術(shù)顯然也在豐富自己的技術(shù)維度，包括藍牙測向和mesh組網(wǎng)等。最終，這些創(chuàng)新的技術(shù)都將在具體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中展現(xiàn)價值，而貿(mào)澤電子上來自各大制造商的藍牙開發(fā)工具無疑將加速這一進程。

審核編輯：郭婷