蓝牙连接技术在物联网设计中的应用

嵌入式系统的发展推动了现在物联网的兴起，越来越多的B2B和B2C企业正积极将产品设计云端化，而无线技术在其中起到了至关重要的作用。在现阶段的物联网系统中，有很多都建立了自己的网关平台，旨在本地节点网络和云端远程连接中提供一定的本地存储空间和计算机智能，Wi-Fi通常运用于远程通信，而蓝牙则是传感器、交换机以及家电这些边缘节点的首选协议。

低功耗蓝牙

2010年，蓝牙技术初入4.X时代，低功耗蓝牙也适时出现，其对用于物联网的传感器和控制软件来说意义非凡。低功耗蓝牙顾名思义是将低能耗作为主要目标，而非高数据速率，它的能耗降低方式有很多，例如减少无线接收装置使用时间、减少广告扫描（在打开网页过程中）渠道、只在开机状态下发送和接受小数据包等等，因此，低功耗蓝牙协议可以快速设立网络连接，而能耗通常是使用传统蓝牙版本的百分之一。然而，低功耗蓝牙也同时存在一些弊端，例如，其最大短脉冲群数据率仅为100千位/秒，而传统蓝牙最大可达3兆比特/秒（v2.0版本加上增强数据率）。因此，当数据量主导对高数据率的需求时，使用传统蓝牙协议会更加适合。

嵌入式系统设计者可以自行决定应用软件所需的蓝牙协议，然后将其与主处理系统集成。设计独有的分离无线接收装置是一个十分有突破性的想法，但是完成这个装置需要花费大量的时间。还有一种选择是采用一款已经有合格资质的蓝牙模块，将其与已有的设计相整合，不需要很高的价格就能将所有的蓝牙栈嵌入接收器主机的微控制器中，用一组与接口总线相连的简易应用程序接口，轻松地设置链接和传输数据。

图1—微芯模块—RN4020

图1为低功耗蓝牙模块—微芯RN4020.它适用于工业控制系统、物联网传感器标签和医学设备。这个模块是由一个简单的UART接口控制的。配置为应用美国信息交换标准代码指令的应用程序接口，它提供链接设置、睡眠模式切换和所有的低能耗蓝牙协议管理这些功能。RN4020模块运转时最大电流为16毫安，睡眠模式下的最小电流为5微安，关机时电流值可达1.5微安以下。与低功耗蓝牙v4.1规格相一致，RN4020模块包括了所有必需嵌入式蓝牙协议栈外形，因此应用程序微程序控制器就不需要任何堆栈来操作。

图二—RN4020框图

图二中我们可以看到RN4020模块包含了3x10比特模拟转换器频道，有多达7个通用输入输出接口，其中一些可用于操纵模块模式状态发光二极管，以显示连接状态、运转指示以及微芯的低能耗数据图是否开启。

满足多连接和应用用户界面需求的蓝牙

如果在物联网设计中需要更多的连接选择和应用软件用户界面支持，那么松下公司的PAN1740模块将是一个理想的选择。与Bluetooth Smart v4.1蓝牙低能耗规格一样，松下这款迷你的模块尺寸为：9 x 9.5 x 1.8毫米，运转时电流为5毫安。专为嵌入式应用软件设计，例如健康监测仪和运动传感器。这个模块拥有无线接收装置，Cortex-M0主机微控制器，集成式天线和内嵌式低能耗蓝牙栈。
 

                                                            图3—松下低能耗蓝牙模块

 

PAN1740模块支持UART、SPI、I2C接口的PAN1740模块使用Dialog‘s Smart Snippets蓝牙软件平台，它不仅为标准低能耗蓝牙规格提供支持，还为一些特别应用软件图表提供支持，例如亲近度、用户健康指数、运动量以及健美程度。

尽管上述模型可以高度集成，但它们仍需要主机应用平台来运行物联网应用。整合主机微程序控制器和无线连接有两种途径。第一种方法就是把设计建立在SOC装置的基础之上，SOC装置包含了微程序控制器和一个低能耗蓝牙接收器。Cypress公司的CYB10x6x family系列产品就是很好的一个例子。基于ARM Cortex-M0内核处理器，核心低功率为48兆赫兹，蓝牙v4.1接收器与集成不平衡变压机，Cypress的CapSense电容触摸传感控制器为远程控制、玩具以及智能接口装置提供了超级编程和灵活解决方案。CYB10x6x拥有4x PWM频道，36GPIO，串联接口和128段LCD驱动器。免版税的蓝牙连接栈，它支持类属存取图，以及中央、外部、观察和广播设备，这些都使得蓝牙连接十分便捷。

用蓝牙集成的单板计算机台

还有一种方式是特别针对于成本有限的开发人员，就是选择一个拥有蓝牙连接集成的单板计算机台。在这方面，英特尔的爱迪生模块十分出众。

图4—英特尔爱迪生模块

这款基于Linux操作系统的模块十分经济，尺寸为35.5 x 25.0 x 3.9毫米。英特尔SOC装置拥有英特尔原子双核，双线程CPU，500赫兹转速，转速为100赫兹的32比特因特尔夸克微程序控制器，1GB内存的RAM以及4GB闪存。它使用1.8直流电，40个配置的GPIO接口。模块还拥有802.11无线a/ b / g / n格式以及低功耗蓝牙连接。预置开放源码蓝牙协议、官方Linux系统和蓝牙协议栈，同时英特尔社区网还提供详细的蓝牙连接装配指南供使用者参考。

不论开发者采用哪种方式，认证无线模块都为其设计提供了快捷经济的合并蓝牙连接技术，这种形式省时省力，同时也极具成本效益，开发者能够在其帮助下实现更轻松的物联网设计。