用低功耗蓝牙(BLE)解开电线

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随着
附加传感器、智能显示和与外部世界联系的能力的需求,设备和机器正在发展为更智能的版本。除了
,这些特性还带来了复杂性。如果出现问题,需要打开设备或连接端口来诊断问题。这些问题增加了一些限制,如防水、产品成本和设备的可使用性成本。很多时候,由于成本或形状因素的原因,不可能为设备添加专用显示。在本文中,我们将讨论智能设备中的一些问题,以及BLE如何越来越多地用于解决这些问题。

Vishal Goyal
Vishal Goyal

低功耗蓝牙

低功耗蓝牙(BLE)是一种无线局域网技术,在智能设备中得到了广泛的应用。随着蓝牙特别兴趣
集团[SIG]采用这项技术,它成为蓝牙技术和生态系统的一部分。如今,几乎所有智能手机及其智能配件,如可穿戴手环、手表、
健身设备等,都可以使用它。

根据ABI Research, 2020年,单模BLE市场预计将实现3倍的增长,从2020年到2024年,累计出货量为75亿台。单模BLE设备是指只有BLE而没有与经典蓝牙结合的设备。这种显著增长的原因是超低的电流消耗、更快和安全的连接、低成本和更小的占地面积。

BLE不仅用于智能设备和用户界面设备,而且越来越多地用于与最终用户无关的目的。在很多情况下,BLE只是制造商设备的一部分。

在本文中,我们将主要关注对制造商或服务提供商至关重要的用例。

用例

容易定制

一个特定的额定功率的LED驱动电源可以用于驱动各种
配置的LED。LED参数也可能不同。为每种类型的LED或配置提供专用电源是非常低效的。同样,传感器节点在室内、室外或其他位置安装时,可能需要不同的配置。很多时候,菜单选项或界面在机器或设备中可用的用户可能也需要定制。

如果制造商在这些设备上添加BLE接口,他们就可以批量生产产品,并在部署阶段实现定制。它们还将避免对有线接口的需要,否则,有线接口将是昂贵的,并限制设备或机器的其他功能和美学。

服务和维护

制造商的另一个主要考虑是有效和经济地提供
产品的服务和维护。在传统的方法中,当产品出现故障
或需要帮助时,用户将产品带到服务中心或服务人员
上门拜访客户。在大多数情况下,需要打开产品
来诊断或识别问题。在一些产品中,有线接口是可用的,
,但它的方式很复杂,与复杂的诊断机器相关联。
如果产品内置BLE连接,服务工程师可以通过手机上的特定应用程序或特定的诊断设备无线进入
设备。有
也有可能支持用户远程使用App连接设备,
让远程连接到服务工程师。

BLE还可以为最简单的设备提供预测性维护功能。该设备可以将机器参数和传感器输入发送到BLE连接的智能手机应用程序。

反过来,该应用程序可以将数据上传到云端,在那里可以对数据进行分析,在数据崩溃之前识别出问题。

固件升级

智能设备和机器的另一个关键要求是,在将公司交付给客户后,能够对其进行升级。公司升级的需要有几个原因。下面列出了升级固件的一些原因

  • 修正了发布代码中的错误
  • 现有产品中的增强功能
  • 现有代码的破坏
  • 更改用户设置

正如上一节所讨论的,固件升级也是服务和维护的重要组成部分。BLE也主要用作LPWAN(如Sigfox和LoRa)的补充技术。由于这些技术针对长期低数据速率进行了优化,BLE的存在使它们从固件升级和可服务性的角度更加有用。

BLE可以尽可能无缝地进行固件升级。BLE可以透明地充当手机与中央控制器或处理器之间的桥梁,允许代码图像从智能手机传输到处理器的空内存或专用内存中。新的代码图像可以直接从云推送到智能手机应用程序。在某些情况下,也可以使用智能手机以外的专用网关设备进行固件升级。

远程读

在许多设备中,制造商感兴趣的是获得设备的使用情况,并相应地向客户收费。如今,许多设备都是按使用次数付费的,而不是按预付方式。这也被称为TaaS或Things as a Service。一些典型的设备是电能表,太阳能逆变器,净水器等。

电能表就是一个典型的例子,使用光口进行读数是一个非常复杂和缓慢的过程。许多时间表是不容易得到的人谁想要读取它的读数。

在这些电表和设备中存在BLE使得服务工程师很容易收集电表读数。服务提供商还可以让消费者使用他们的应用程序收集阅读信息,并将其推送到云上。

简化人机界面

正如我们在上面几个例子中所看到的,BLE使人机界面变得非常简单。在我们讨论的用例之上,BLE连接的设备可以在没有专用显示器的情况下提供给用户,移动电话屏幕成为屏幕。在一些工业设备中,还可以使用其他集成显示器或平板电脑。显示器与主机的解耦有几个优点。它不仅节省了设备的成本和空间,而且还允许在不升级整个设备的情况下升级接口。手机App的升级就足以改变用户体验或服务体验。

BlueNRG设计的灵活性

低功耗蓝牙设备可以通过三种方式集成到智能设备和机器中:

  • 网络处理器
  • 数据泵
  • 应用程序处理器

每一种模式的详情如下:

在网络处理器模式下,蓝牙应用程序运行在系统的主微控制器或微处理器中,而无线堆栈驻留在蓝牙网络处理器IC中,它理解来自微控制器或处理器的HCI/ACI命令。HCI/ACI命令是蓝牙SIG或制造商定义的标准命令,用于与蓝牙主机或控制器接口。

在这种模式下,蓝牙网络处理器IC不需要编程,所有的应用程序都驻留在主控制器或处理器中。

在数据泵模式下,蓝牙处理器作为中央控制器或处理器与外部世界之间的一个透明接口。主控制器或处理器将数据推送到串行总线上,如UART或SPI。信息由蓝牙处理器内部的应用程序代码解释,以便进一步处理和通信。在这种模式下,主控制器或处理器不需要蓝牙特定的编程技能:只需要编程蓝牙处理器,同时保持两端的UART/SPI通信。

在应用处理器模式下,只有单片机架构,蓝牙处理器作为系统的主控制器。它不仅可以管理蓝牙通信,还可以管理其他外围设备,如传感器、led、按钮、存储器等。它主要用于较简单的设备和小工具。

意法半导体公司的BlueNRG系列设备支持单一设备中的所有三种模式,因此在其设计周期中为客户提供选择任何方法的灵活性。甚至在设备发货后,也可以通过固件升级在网络处理器和数据泵选项之间进行切换。

BlueNRG在设计灵活性方面的另一个大优势是模块的提供。BlueNRG模块配备了机载天线、晶体和射频巴伦,提供了这种可靠的解决方案,确保快速上市。他们是经过认证的蓝牙认证专家(BQE)解决方案,同时也获得了至少RED、IC和FCC的认可,从而确保了快速集成到最终应用程序中。

为什么低能耗蓝牙如此流行?

正如之前在文章中讨论的,ABI research(2020)预计,从2020年到2024年,单模蓝牙LE设备的累计出货量将达到75亿台。蓝牙之所以非常流行,有几个生态系统和技术方面的原因

  • 便携式设备之间的标准连接
  • 蓝牙5.0支持三种不同的PHY,以在范围和数据速率之间选择
的最佳优化折衷
  • 在Mesh网络中连接的能力
  • 先进的加密引擎和配对机制等。

意法半导体推出了第三代蓝牙低能耗设备,命名为BlueNRG-LP,它不仅支持上述功能,而且是世界上第一个设计支持128并发连接的设备。它还有助于图像认证技术增强网络安全,在开始只允许签名的固件图像运行之前总是检查堆栈。

我们在文章中讨论了BLE不仅是将配件连接到智能手机的首选技术,而且还提高了设备的适用性、诊断能力、固件能力和美观性。这也导致了新的商业模式的出现,如TaaS。不断的创新使BLE成为技术的首选,意法半导体继续为客户带来最先进的创新。


意法半导体南亚和印度技术营销集团经理Vishal Goyal

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