隨著對附加傳感器、智能顯示器以及與外界聯(lián)系能力的需求不斷加強(qiáng)，設(shè)備和機(jī)器朝著更智能的方向發(fā)展。伴隨這些功能而來的是復(fù)雜度增加。由于設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，需要打開設(shè)備或連接到端口進(jìn)行問題診斷，這會造成防水難度增加、產(chǎn)品成本和設(shè)備的維修成本增加等多重局限。很多時(shí)候，由于成本或結(jié)構(gòu)尺寸因素，設(shè)備無法使用專用顯示器。本文將討論智能設(shè)備中的一些問題，以及為什么越來越多地使用低功耗藍(lán)牙(BLE)來解決這些問題。

　　低功耗藍(lán)牙(BLE)

　　低功耗藍(lán)牙(BLE)是一種無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，廣泛用于智能設(shè)備。隨著藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)采用了此項(xiàng)技術(shù)，BLE成為藍(lán)牙技術(shù)和生態(tài)系統(tǒng)的組成部分。如今，幾乎所有智能手機(jī)及其智能配件(如可穿戴手環(huán)、手表、健身設(shè)備等)均可使用該技術(shù)。

　　根據(jù)ABI Research的預(yù)測，從2020年到2024年，單模BLE市場有望實(shí)現(xiàn)3倍增長，累計(jì)出貨量將達(dá)到75億。單模BLE設(shè)備是指那些只有BLE且不與經(jīng)典藍(lán)牙結(jié)合使用的設(shè)備。這種驚人增長的原因是超低的電流消耗、更快且更安全的連接、更低的成本及更小的芯片尺寸。

　　BLE不僅可用于小型智能設(shè)備和具有用戶操作界面的設(shè)備，而且越來越多地用于與最終用戶關(guān)系無關(guān)的用途。許多情況下，BLE成為制造商生產(chǎn)設(shè)備的一部分。

　　本文將主要關(guān)注對制造商或服務(wù)提供商至關(guān)重要的用例。

　　應(yīng)用案例

　　1.輕松定制

　　具有特定額定功率的LED驅(qū)動器電源可用于驅(qū)動各種配置的LED。LED的參數(shù)可能各不相同。為每種類型的LED或配置制作專用電源效率非常低。同樣，傳感器節(jié)點(diǎn)安裝在室內(nèi)、室外或其他位置時(shí)可能需要不同的配置。很多時(shí)候，用戶可用的機(jī)器或設(shè)備中的菜單選項(xiàng)或界面也可能需要定制。

　　如果制造商為這些設(shè)備添加BLE接口，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)并在部署階段實(shí)現(xiàn)定制。另外，還可避免對有線接口的需求，因?yàn)橛芯€接口不僅昂貴，還會限制設(shè)備或機(jī)器的其他功能和美感。

　　2.服務(wù)和維護(hù)

　　制造商的另一個主要關(guān)注點(diǎn)是有效且經(jīng)濟(jì)地提供產(chǎn)品的服務(wù)和維護(hù)。在傳統(tǒng)方法中，當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)故障或需要幫助時(shí)，用戶需要將產(chǎn)品帶到服務(wù)中心或由服務(wù)人員提供上門服務(wù)。大多數(shù)情況下，需要打開產(chǎn)品進(jìn)行問題診斷或識別。一些產(chǎn)品配備有線接口，但其工作方式復(fù)雜且需要配合使用復(fù)雜的診斷設(shè)備。

　　如果產(chǎn)品自帶BLE連接，服務(wù)工程師可以通過手機(jī)上的特定應(yīng)用程序或特定診斷設(shè)備無線訪問設(shè)備。還可為用戶提供遠(yuǎn)程支持，利用應(yīng)用程序連接設(shè)備并與維護(hù)工程師建立遠(yuǎn)程連接。

　　BLE還可為最簡單的設(shè)備啟用預(yù)測性維護(hù)功能。這些設(shè)備可以將機(jī)器參數(shù)和傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至BLE連接的智能手機(jī)應(yīng)用程序。應(yīng)用程序則可將數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以便在故障之前識別問題。

　　3.固件升級

　　智能設(shè)備和機(jī)器的另一個關(guān)鍵要求是出廠后固件的升級能力。固件升級的原因多種多樣。下面列出固件升級的部分原因

　　-已發(fā)布代碼中的錯誤修復(fù)

　　-現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)

　　-現(xiàn)有代碼損壞

　　-更改用戶設(shè)置

　　如上一節(jié)所述，固件升級也是服務(wù)和維護(hù)的重要組成部分。BLE作為補(bǔ)充技術(shù)主要用于Sigfox和LoRa等低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)。由于這些技術(shù)針對遠(yuǎn)程低數(shù)據(jù)速率進(jìn)行了優(yōu)化，因此從固件升級和可維護(hù)性的角度來看，BLE更利于其應(yīng)用。

　　BLE可實(shí)現(xiàn)固件無縫升級。BLE能充當(dāng)手機(jī)和中央控制器或處理器之間的隱形橋梁，并允許代碼映像文件從智能手機(jī)傳輸?shù)教幚砥鞯目諆?nèi)存或?qū)Ｓ脙?nèi)存。新的代碼映像文件可以直接從云端推送至智能手機(jī)應(yīng)用程序。某些情況下，還可以使用智能手機(jī)以外的專用網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行固件升級。

　　4.遠(yuǎn)程讀取

　　在許多設(shè)備中，制造商想要獲取設(shè)備的使用數(shù)據(jù)并向客戶收取相應(yīng)費(fèi)用。如今，客戶使用的設(shè)備可以按使用量付費(fèi)而非預(yù)付費(fèi)用，即TaaS或物即服務(wù)。典型設(shè)備包括電能表、太陽能逆變器、凈水器等。

　　電能表是一個典型示例，其使用光端口讀取是一個非常復(fù)雜且慢長的過程。許多計(jì)時(shí)表的讀數(shù)都不易獲取。

　　此類公用事業(yè)儀表和電器中植入BLE可使維護(hù)工程師能夠非常輕松地收集儀表讀數(shù)。服務(wù)提供商還可以讓消費(fèi)者使用他們的應(yīng)用程序收集讀數(shù)并推送至云端。

　　5.簡化的HMI

　　如上文所示，BLE使人機(jī)界面變得非常簡潔。在我們討論的用例中，用戶使用的和BLE連接的可以不是專用設(shè)備，移動電話的屏幕就可以成為交互的顯示設(shè)備。在某些工業(yè)設(shè)備中，也可以使用其他類型的集成顯示器或平板電腦。顯示器與主機(jī)分離有幾個優(yōu)點(diǎn)。不僅節(jié)省了設(shè)備的成本和資產(chǎn)折損，而且還能在不升級整個設(shè)備的情況下升級接口。手機(jī)應(yīng)用程序的升級足以改變用戶體驗(yàn)或服務(wù)體驗(yàn)。

　　BlueNRG的設(shè)計(jì)靈活性

　　Bluetooth?低功耗設(shè)備可以通過三種方式集成到智能設(shè)備和機(jī)器中

　　-網(wǎng)絡(luò)處理器

　　-數(shù)據(jù)泵

　　-應(yīng)用處理器

　　下面列出了每種模式的詳細(xì)信息：

　　網(wǎng)絡(luò)處理器模式：藍(lán)牙應(yīng)用程序在系統(tǒng)的主微控制器或微處理器內(nèi)運(yùn)行，而藍(lán)牙協(xié)議棧駐留在藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)處理器IC內(nèi)，處理來自微控制器或處理器的HCI/ACI命令。HCI/ACI命令是藍(lán)牙SIG或制造商定義的標(biāo)準(zhǔn)命令，用于與藍(lán)牙主機(jī)或控制器交互。

　　在此模式下，藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)處理器IC無需編程，所有應(yīng)用程序均駐留在主控制器或處理器中。

　　數(shù)據(jù)泵模式：藍(lán)牙處理器充當(dāng)中央控制器或處理器與外界的隱形接口。主控制器或處理器將數(shù)據(jù)推送至串行總線，如：UART或SPI。此信息由藍(lán)牙處理器內(nèi)部的應(yīng)用程序代碼進(jìn)行解釋，以便進(jìn)一步處理和通信。

　　在這種模式下，主控制器或處理器端不要求具有藍(lán)牙的編程能力，只需要給藍(lán)牙處理燒錄相應(yīng)程序，并保持UART/SPI接口兩端通訊正常即可。

　　應(yīng)用處理器模式：作為唯一的單片架構(gòu)，藍(lán)牙處理器是系統(tǒng)的主控制器。藍(lán)牙處理器不僅管理藍(lán)牙通信，還管理其他外圍設(shè)備，如：傳感器、LED、按鈕、存儲器等，主要用于較簡單的設(shè)備和小裝置。

　　意法半導(dǎo)體的BlueNRG系列設(shè)備可在單個設(shè)備中支持全部的三種模式，使客戶在設(shè)計(jì)過程中能夠進(jìn)行靈活選擇。甚至可以在設(shè)備出廠后通過固件升級在網(wǎng)絡(luò)處理器和數(shù)據(jù)泵選項(xiàng)之間切換。

　　BlueNRG在設(shè)計(jì)靈活性方面的另外一大優(yōu)勢是該模塊的配置。BlueNRG模塊配備了板載天線、晶體和RF巴倫，從而提供了一種可靠的解決方案，確?？焖偕鲜?。該解決方案經(jīng)過藍(lán)牙認(rèn)證專家(BQE)認(rèn)證，同時(shí)還通過了RED、IC和FCC認(rèn)證，可確保快速集成到最終應(yīng)用中。

　　為什么低功耗藍(lán)牙如此受歡迎?

　　如前所述，根據(jù)ABI Research(2020)預(yù)測，預(yù)計(jì)到2024年，單模藍(lán)牙LE設(shè)備的累計(jì)出貨量將達(dá)到75億顆。由于生態(tài)系統(tǒng)和技術(shù)方面的原因，藍(lán)牙技術(shù)廣受歡迎

　　-便攜式設(shè)備之間使用標(biāo)準(zhǔn)連接

　　-睡眠電流消耗小于 1uA，適合電池供電設(shè)備

　　-藍(lán)牙5.0支持三種不同的PHY，可在范圍和數(shù)據(jù)速率之間選擇最佳優(yōu)化權(quán)衡

　　-能夠在Mesh網(wǎng)絡(luò)中建立連接

　　-采用先進(jìn)的加密引擎和配對機(jī)制等。

　　意法半導(dǎo)體推出第三代藍(lán)牙低功耗設(shè)備BlueNRG-LP，不僅支持上述功能，而且是全球首款支持128并發(fā)連接的設(shè)備。同時(shí)采用了固件認(rèn)證技術(shù)以提高代碼信息的安全性，通過驗(yàn)證固件的合法性只允許具有合法簽名的固件程序在芯片上運(yùn)行。