將藍(lán)牙低功耗技術(shù)用于新的應(yīng)用程序中

在過(guò)去十年中，經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)成功地減少了耳機(jī)，計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)，鍵盤(pán)以及工業(yè)和醫(yī)療串行和以太網(wǎng)電纜中的電線使用?，F(xiàn)在，它正在向市場(chǎng)推出一種新的更小尺寸的藍(lán)牙技術(shù)，該技術(shù)針對(duì)智能手機(jī)配件，互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備以及工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)中使用的小型設(shè)備。這項(xiàng)新技術(shù)名為藍(lán)牙低能耗技術(shù)。

藍(lán)牙低功耗技術(shù)是否只是另一種無(wú)線技術(shù)？在許多方面，答案是肯定的。但是，超低功耗，幾個(gè)新功能的獨(dú)特組合以及藍(lán)牙低能耗技術(shù)將集成到大多數(shù)手持設(shè)備中的事實(shí)使得該技術(shù)特別適合于一些新的和強(qiáng)大的應(yīng)用程序。微軟和蘋(píng)果都宣布藍(lán)牙低功耗技術(shù)將集成到其操作系統(tǒng)的下一個(gè)版本中。

藍(lán)牙SIG預(yù)測(cè)藍(lán)牙低能耗技術(shù)將在短短幾年內(nèi)在數(shù)十億產(chǎn)品中實(shí)施：

手機(jī)配件》 10億

智能能源（計(jì)數(shù)器和顯示器） ~1億

家庭自動(dòng)化》 5億

健康，健康，運(yùn)動(dòng)和健康健身》 10億

輔助生活》 50億

動(dòng)物標(biāo)記?數(shù)十億

P2P智能交通系統(tǒng)》 10億

工業(yè)自動(dòng)化/M2M》 10億

智能手機(jī)，PAD和筆記本電腦的高容量和集成確保了具有吸引力的定價(jià)和芯片組的長(zhǎng)期可用性。

藍(lán)牙低功耗技術(shù)特點(diǎn)

藍(lán)牙低功耗技術(shù)是藍(lán)牙核心規(guī)范4.0（藍(lán)牙v4.0）的標(biāo)志性功能，并繼承了經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)的多項(xiàng)技術(shù)特性。繼承特征的示例包括具有自適應(yīng)跳頻（AFH）的藍(lán)牙無(wú)線電以及邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAP）接口。這種繼承使得該技術(shù)在惡劣環(huán)境中非常容易設(shè)置，穩(wěn)健可靠。

然而，在其他領(lǐng)域，它是一項(xiàng)全新的技術(shù)。例如，該技術(shù)具有非常高效的發(fā)現(xiàn)和連接設(shè)置，短封裝和小型設(shè)備的非對(duì)稱設(shè)計(jì)。

最低功耗

從物理設(shè)計(jì)到用戶場(chǎng)景的所有設(shè)計(jì)都旨在將功耗降至最低。為了將功耗降至最低，藍(lán)牙低功耗設(shè)備在大多數(shù)時(shí)間保持睡眠模式。當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，設(shè)備喚醒并將短消息傳送到網(wǎng)關(guān)，PC或智能手機(jī)。最大/峰值功耗小于15 mA，平均功耗約為1μA。換句話說(shuō)，功耗降低到Classic Bluetooth能耗的十分之一。因此，紐扣電池CR2032可以使用5 - 10年。

具有成本效益和向后兼容性

為了向經(jīng)典藍(lán)牙提供向后兼容性，同時(shí)為小型電池供電設(shè)備提供成本效益，有以下兩種芯片組類型：

雙模技術(shù)，包括藍(lán)牙低功耗和經(jīng)典藍(lán)牙功能。

獨(dú)立藍(lán)牙低功耗技術(shù)，針對(duì)小型電池供電設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，成本低，功耗低。

圖1：藍(lán)牙低功耗芯片組有兩種版本。

穩(wěn)健性，安全性和可靠性

藍(lán)牙低能耗技術(shù)與經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)一樣使用AFH技術(shù)，以便在惡劣的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的傳輸，工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用就是這種情況。為了最大限度地降低成本和能耗，藍(lán)牙低功耗技術(shù)將通道數(shù)量減少到40個(gè)2 MHz寬的通道，而不是經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)中的79個(gè)1 MHz寬通道。

圖2：藍(lán)牙低功耗技術(shù)使用40個(gè)通道而不是經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)的79個(gè)通道。

無(wú)線共存

多種無(wú)線技術(shù) - 藍(lán)牙技術(shù)，無(wú)線局域網(wǎng)，IEEE 802.15.4/ZigBee和各種專有無(wú)線電 - 使用免許可證的2.4 GHz工業(yè)科學(xué)醫(yī)療（ISM）頻段。由于在相同的無(wú)線電空間中有如此多的技術(shù)，由于需要重傳，很容易導(dǎo)致過(guò)度擁擠的無(wú)線電環(huán)境降低無(wú)線性能。在要求苛刻的應(yīng)用中，通過(guò)頻率規(guī)劃和特殊天線解決方案減少了干擾。 AFH不僅使藍(lán)牙傳輸穩(wěn)健可靠，而且還考慮了其他無(wú)線技術(shù)的傳輸。

圖3：37個(gè)數(shù)據(jù)通道中的三個(gè)廣告通道以及九個(gè)數(shù)據(jù)通道位于無(wú)線LAN使用的通道之間。

連接范圍

藍(lán)牙低功耗技術(shù)與經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)的調(diào)制略有不同。這種調(diào)制差分可提供高達(dá)300米的范圍和10 dBm無(wú)線芯片組。

易用性和集成

藍(lán)牙低功耗解決方案通?；谶B接到多個(gè)從站的主站。設(shè)備可以是主設(shè)備，也可以是從設(shè)備，但絕不是兩者兼而有之。主設(shè)備控制允許從設(shè)備通信的頻率，從設(shè)備僅通過(guò)主設(shè)備的請(qǐng)求進(jìn)行通信。

與經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)相比，新的藍(lán)牙低功耗特性是“廣告”功能。設(shè)備（充當(dāng)從設(shè)備）可以通過(guò)這種方式宣布它有一些東西要傳輸給主設(shè)備。廣告消息還可以包括事件或測(cè)量值。

圖4：廣告客戶定期發(fā)送消息，并且一旦建立連接，將始終是從屬服務(wù)器。掃描儀已準(zhǔn)備好接收廣告消息和連接請(qǐng)求，并且一旦建立連接，它將始終是主設(shè)備。

軟件結(jié)構(gòu)

藍(lán)牙低功耗技術(shù)中的所有參數(shù)都具有使用屬性協(xié)議訪問(wèn)的狀態(tài)。所有屬性都表示為描述信號(hào)值，表示格式，客戶端配置等的特征。例如，電池可能具有以下特征：

級(jí)別：0-100％

狀態(tài)：NOT_USED，CHARGING，RECHARGE_COMPLETE，DISCHARGING，CRITICAL_REPLACE_NOW，RECHARGE_NOW

在通用屬性配置文件（GATT）服務(wù)組中，功能和聲明匯集在一起。在通用訪問(wèn)配置文件（GAP）連接中，描述了可發(fā)現(xiàn)，可連接和綁定等。通過(guò)這些屬性，可以構(gòu)建許多基本服務(wù)和配置文件?；痉?wù)和配置文件的一些示例包括：

Proximity

查找我

時(shí)間

電池

自動(dòng)化I/O

樓宇自動(dòng)化（溫度，溫控器，濕度）

照明（開(kāi)/關(guān)開(kāi)關(guān)，調(diào)光器）

遙控器

健身（計(jì)步器，心跳監(jiān)測(cè)器）

醫(yī)療器械（血糖儀，體積計(jì)儀器等）

用戶實(shí)例

基于上述藍(lán)牙低能耗功能，該技術(shù)非常適用于信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換有用的應(yīng)用。

示例1：基于挪威泵站的商用設(shè)備的遠(yuǎn)程控制器，由ABB產(chǎn)品運(yùn)行。

基于iPhone或Android智能手機(jī)的便攜式HMI設(shè)備能夠從設(shè)備（PLC，照明設(shè)備，加熱器等）讀取/寫(xiě)入變量，并可替換當(dāng)前使用的應(yīng)用程序的獨(dú)特遠(yuǎn)程控制單元各種用戶應(yīng)用程序。較新的智能手機(jī)提供了以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的額外機(jī)會(huì);例如，互聯(lián)網(wǎng)連接備件清單，用戶說(shuō)明，演示和報(bào)警列表，趨勢(shì)曲線等。

示例2：基于IO單元的遠(yuǎn)程控制器。

兩個(gè)設(shè)備之間的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)交換（IO傳輸），如PLC和IO設(shè)備/簡(jiǎn)單的HMI面板，無(wú)需人工智能。數(shù)字和模擬信號(hào)從一側(cè)鏡像到另一側(cè)。

示例3：數(shù)據(jù)采集

藍(lán)牙低功耗網(wǎng)關(guān)在特定時(shí)間間隔內(nèi)讀取傳感器值，或者從設(shè)備在事件發(fā)生時(shí)傳輸傳感器值（如作為具體的溫度和時(shí)間間隔）。藍(lán)牙低功耗節(jié)點(diǎn)可以包括用于計(jì)算和邏輯以及存儲(chǔ)歷史值的軟件。

示例4：設(shè)備訪問(wèn)。

需要快速安全連接的用例是將移動(dòng)設(shè)備（如iPhone，Android或Windows Mobile設(shè)備）用作訪問(wèn)特定PC或計(jì)算機(jī)的密鑰。此功能還可以與接近功能結(jié)合使用，并基于無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）值，該值監(jiān)視用戶是否在實(shí)際機(jī)器或門附近。由于RSSI值/到設(shè)備的距離是可配置的，因此可以根據(jù)到設(shè)備的距離來(lái)接通訪問(wèn)。

示例5：跟我來(lái)。

Follow me是鄰近功能的反向功能，可用于在設(shè)備移動(dòng)距離其他設(shè)備太遠(yuǎn)時(shí)向人員或機(jī)器發(fā)出警報(bào)。

示例6：資產(chǎn)管理。

由于設(shè)備維護(hù)需求不斷增加，對(duì)設(shè)備信息的興趣也在增長(zhǎng)。在藍(lán)牙低功耗節(jié)點(diǎn)中，可以存儲(chǔ)有關(guān)設(shè)備類型，運(yùn)行時(shí)間，最后檢查和潛在過(guò)載的信息。當(dāng)操作員非?？拷O(shè)備時(shí)，可以訪問(wèn)該信息。

藍(lán)牙低功耗技術(shù)是一款功能強(qiáng)大的“app”推動(dòng)器，它將改變我們體驗(yàn)無(wú)線應(yīng)用的方式。由于該技術(shù)幾乎在所有較小的移動(dòng)設(shè)備中實(shí)施，因此不再需要開(kāi)發(fā)特定的手持操作設(shè)備，并且附加的數(shù)據(jù)/知識(shí)交換可能性是無(wú)限的。

關(guān)于藍(lán)牙低能耗技術(shù)的簡(jiǎn)短事實(shí)：

經(jīng)濟(jì)高效的獨(dú)立解決方案

多家供應(yīng)商保證有吸引力的價(jià)格和長(zhǎng)期可用性

堅(jiān)固可靠

長(zhǎng)距離可能性

與其他無(wú)線技術(shù)共存

高局部密度

快速連接

低延遲

簡(jiǎn)單的星型類型

超低功耗