藍牙 4.0 中最新的低功耗藍牙通訊協(xié)議正推動(dòng)全新的電池供電型和便攜式系統市場(chǎng)的發(fā)展。 設計人員期望在其新產(chǎn)品及現有產(chǎn)品線(xiàn)中集成這種連接功能，以釋放物聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)的強大功能。 然而，在產(chǎn)品中增加無(wú)線(xiàn)功能可能是一個(gè)挑戰，而對于那些發(fā)往世界各地并需要獲得全球認證的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)尤其困難。 設計人員對設計此類(lèi)系統極為頭痛，因為他們不得不為此占用系統核心功能的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　鑒于在智能手機和平板電腦中的地位，藍牙已成為一種關(guān)鍵的通訊技術(shù)。 智能藍牙就緒型手機已隨處可見(jiàn)，這意味著(zhù)開(kāi)發(fā)人員無(wú)需再為創(chuàng )建其它 IoT 無(wú)線(xiàn)連接要求的獨立網(wǎng)關(guān)而擔憂(yōu)。 而且，智能手機上運行的 app 可用于向心率監視儀、玩具或遙控裝置提供接口。 這種藍牙連接也為開(kāi)發(fā)人員開(kāi)啟了互聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)的大門(mén)，從而實(shí)現數據的自動(dòng)采集和編譯，提供遠超目標設計或者甚至是智能手機的計算能力。

　　盡管這在過(guò)去已成為可能，但屬于藍牙 4.0 一部分的全新低功耗藍牙 (BLE) 規范能使這種連接在 IoT 節點(diǎn)中更易于實(shí)現。 減少功耗即減少節點(diǎn)中的電池負載，并且能將終端設備中的電池壽命延長(cháng)數月甚至數年。 這已成為這項新規范被采納的關(guān)鍵驅動(dòng)因素，特別是在嵌入式市場(chǎng)中。

　　智能藍牙的智能表現在哪里?

　　為實(shí)現更低功耗，智能藍牙同樣采用與以前的傳統藍牙相同的 2.4 GHz ISM 頻段，但其數據包較小，鏈路比特率為 1 Mb/s 并在采用 2 MHz 信道時(shí)的應用吞吐量為 100 kb/s。 這使得這項技術(shù)非常適合 IoT 應用，而非大型文件傳輸。 不過(guò)，應用的較低比特率可通過(guò)將延時(shí)從傳統藍牙的 100 ms 縮短至 3 ms 進(jìn)行補償，以更快地建立連接，使更多的監視應用能更快地響應數據查詢(xún)、實(shí)現更小的占空比，最終降低功耗。 最大發(fā)射功耗已降至 10 mW，足以滿(mǎn)足短距離傳輸要求。 所有這些均與藍牙模塊的天線(xiàn)前端設計同時(shí)考慮，使智能藍牙的性能要求與那些應用要求相匹配。

　　智能藍牙的應用

　　智能藍牙正越來(lái)越多地被用在由智能手機控制并在一段時(shí)間內采集數據的應用中，如便攜式心率儀或血壓計。 這種技術(shù)可用于遙控器、自行車(chē)記錄儀、稱(chēng)重設備或各種各樣的運動(dòng)和健身傳感器。 能限制各種機遇的只有設計人員的想象力，能捕捉到所有這些機遇的則是無(wú)處不在的智能手機、平板電腦以及與云端的數據連接。

　　無(wú)論什么樣的應用，只要能使用電池在長(cháng)達數月甚至數年的時(shí)間內向無(wú)線(xiàn)連接供電，就能讓更多的設備輕松連接到范圍更大的網(wǎng)絡(luò )。 產(chǎn)品設計人員能使用分立式元件——SOC、晶體、濾波器、天線(xiàn)及其它更多元件實(shí)現智能藍牙技術(shù)。 然而，尤其在中小生產(chǎn)規模的應用中，使用現成的模塊可提供更具成本效益的解決方案。 各種模塊會(huì )減少設計工作并縮短產(chǎn)品面市時(shí)間，而當這些模塊已通過(guò)其使用地所在國家的相關(guān)無(wú)線(xiàn)電監管機構的藍牙資質(zhì)認可和認證時(shí)，結果會(huì )更令人滿(mǎn)意。

　　是什么決定了一個(gè)良好的智能藍牙模塊設計能適用于 IoT?

　　無(wú)論是用于消費、健康應用還是其它應用，一個(gè)適應 IoT 的良好智能藍牙模塊必須設計靈活且能快速面市。 例如，Taiyo Yuden 的 EYSFCNZXX 硬件可通過(guò) UART 接口與現有主控制器連接，從而輕松地添加到設計中。

　　圖 1：Nordic Semiconductor 的 nRF51822 智能藍牙片上系統是 Taiyo Yuden EYSFCNXX 模塊的核心元件。

　　把最新 nRF51822 智能藍牙片上系統 (SoC)(由 Nordic Semiconductor 提供，圖 1)與合格藍牙模塊上的優(yōu)化型陶瓷天線(xiàn)組合在一起，設計人員就能很有把握地插入智能藍牙功能。 該模塊體積為 9.6 x 12.9 x 2 mm(見(jiàn)圖 2)，因此可集成到各種各樣的設備中。 開(kāi)發(fā)人員可利用 Nordic Semiconductor 提供的軟件，包括通過(guò)藍牙資質(zhì)認可的規范和演示應用。 其中，演示應用包括 UART 服務(wù)、溫度傳感器、接近標簽、信標和心率監視儀。

　　該模塊在前端無(wú)線(xiàn)電實(shí)現部分中含有一個(gè)陶瓷天線(xiàn)和濾波器，并且獲得了多國無(wú)線(xiàn)電類(lèi)型認證，具體包括美國 FCC、加拿大 IC RSS 和日本 MIC，此外還能縮短最終產(chǎn)品的上市時(shí)間。

　　是該與眾不同的時(shí)候了

　　圖 2：Taiyo Yuden EYSFCNZXX 智能藍牙模塊能方便、快速地添加到設計中，從而讓設計人員更多地關(guān)注核心差異。

　　對于新 IoT 或消費類(lèi)設計，可將 nRF51822 中的 32 位 ARM Cortex-M0 內核用作主微控制器。 盡管這需要運行 BLE 協(xié)議堆棧，但它有額外的處理能力且在 256 KB 閃存和 16 KB RAM 中還有備用存儲空間，可用來(lái)運行一些較小的主應用。

　　這是通過(guò)模塊接口實(shí)現的。 EYSFCNZXX 模塊為 29 個(gè) I/O 引腳提供了訪(fǎng)問(wèn)路徑，其中一些引腳可配置成 SPI、I?C 或 UART 接口，或者配置成 8/9/10 位、6 通道模數轉換器的連接，以使傳感器與模塊直接連接。 這樣，一個(gè)簡(jiǎn)單設計就不需要外部微控制器和存儲器，從而減小成本和空間，使其產(chǎn)品在目標市場(chǎng)中占有一席之地。 這種對處于模塊核心的 SoC 的完全控制能力，會(huì )讓開(kāi)發(fā)人員在進(jìn)行總體系統設計時(shí)獲得重要優(yōu)勢。

　　結論

　　全新一代便攜式和聯(lián)網(wǎng)式家庭設備必定會(huì )利用到智能藍牙技術(shù)。 隨著(zhù)智能手機、平板電腦對廣泛的新應用提供低功耗藍牙 4.0 支持，設計人員能很容易在眾多連接物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品中添加激動(dòng)人心的新特性。