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UMTS“藍(lán)牙”（ Bluetooth）技術(shù)是由世界著名的5家大公司——愛立信（Ericsson）、諾基亞（Nokia、東芝（TOShiba）、國際商用機(jī)器公司（IBM）和英特爾（Intel），于1998年5月聯(lián)合宣布的一種無線通信新技術(shù)。
“藍(lán)牙”（Bluetooth）原為歐洲中世紀(jì)的丹麥皇帝HnddⅡ的名字，他為統(tǒng)一四分五裂的瑞典、芬蘭、丹麥有著不朽的功勞。瑞典的Ericsson公司為這種即將成為全球通用的無線技術(shù)命此名，也許大有一統(tǒng)天下的含義。
藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接的短程無線電技術(shù)。其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無線電空中接口（radio air interface）及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)具有互用、相互操作的性能（interoperability）。其程序?qū)懺谝粋€(gè)9mm×9mm的微芯片中。
“藍(lán)牙”技術(shù)的作用是簡化小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如移動(dòng)PC、掌上電腦、手機(jī)）之間以及這些設(shè)備與Internet之間的通信，免除在無繩電話或移動(dòng)電話、調(diào)制解調(diào)器、頭套式送／受話器、PDAs、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、幻燈機(jī)、局域網(wǎng)等之間加裝電線、電纜和連接器。而且，這種技術(shù)可以延伸到那些完全不同的新設(shè)備和新應(yīng)用中去。例如，如果把藍(lán)牙技術(shù)引人到移動(dòng)電話和膝上型電腦中，就可以去掉移動(dòng)電話與膝上型電腦之間的令人討厭的連接電纜而通過無線使其建立通信。打印機(jī)、PDA、桌上型電腦、傳真機(jī)、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍(lán)牙系統(tǒng)的一部分。除此之外，藍(lán)牙無線技術(shù)還為已存在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)提供通用接口以組建一個(gè)遠(yuǎn)離固定網(wǎng)絡(luò)的個(gè)人特別連接設(shè)備群。
“藍(lán)牙”技術(shù)的無線電收發(fā)器的鏈接距離可達(dá)30英尺，不限制在直線范圍內(nèi)，甚至設(shè)備不在同一間房內(nèi)也能相互鏈接；并且可以鏈接多個(gè)設(shè)備，最多可達(dá)7個(gè)，這就可以把用戶身邊的設(shè)備都鏈接起來，形成一個(gè)“個(gè)人領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)”（Personal areanetwork）。
2.藍(lán)牙4.0技術(shù)解析
藍(lán)牙4.0是2012年最新藍(lán)牙版本，是3.0的升級(jí)版本；較3.0版本更省電、成本低、3毫秒低延遲、超長有效連接距離、AES-128加密等；通常用在藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙音箱等設(shè)備上。
速度：支持1Mbps數(shù)據(jù)傳輸率下的超短數(shù)據(jù)包，最少8個(gè)八組位，最多27個(gè)。所有連接都使用藍(lán)牙2.1加入的減速呼吸模式（sniff subrating）來達(dá)到超低工作循環(huán)。
跳頻：使用所有藍(lán)牙規(guī)范版本通用的自適應(yīng)跳頻，最大程度地減少和其他2.4GHz ISM頻段無線技術(shù)的串?dāng)_。
主控制：更加智能，可以休眠更長時(shí)間，只在需要執(zhí)行動(dòng)作的時(shí)候才喚醒。
延遲：最短可在3毫秒內(nèi)完成連接設(shè)置并開始傳輸數(shù)據(jù)。
范圍：提高調(diào)制指數(shù)，最大范圍可超過100米（根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域， 距離不同）。
健壯性：所有數(shù)據(jù)包都使用24-bitCRC校驗(yàn)，確保最大程度抵御干擾。
安全：使用AES-128 CCM加密算法進(jìn)行數(shù)據(jù)包加密和認(rèn)證。
拓?fù)洌?/strong>每個(gè)數(shù)據(jù)包的每次接收都使用32位尋址，理論上可連接數(shù)十億設(shè)備；針對(duì)一對(duì)一連接優(yōu)化，并支持星形拓?fù)涞囊粚?duì)多連接；使用快速連接和斷開，數(shù)據(jù)可以再網(wǎng)狀拓?fù)鋬?nèi)轉(zhuǎn)移而無需維持復(fù)雜的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
3.藍(lán)牙4.1技術(shù)解析
傳輸速率更快
支持“多連一”：在藍(lán)牙4.1技術(shù)中，就允許設(shè)備同時(shí)充當(dāng)“Bluetooth Smart” 和“Bluetooth Smart Ready”，也就是說用戶可以把多款設(shè)備連接到一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備上
支持IPv6：可穿戴設(shè)備上網(wǎng)不易的問題，也可以通過藍(lán)牙4.1來解決，因?yàn)?，新?biāo)準(zhǔn)加入了對(duì)IPv6專用通道聯(lián)機(jī)的支持。
簡化設(shè)備連接：將設(shè)備間的連接和重新連接進(jìn)行了大幅修正，可以為廠商在設(shè)計(jì)時(shí)提供更多的設(shè)計(jì)權(quán)限，包括設(shè)定頻段創(chuàng)建或保持藍(lán)牙連接，從而提升藍(lán)牙設(shè)備連接的靈活性。
降低與LTE網(wǎng)絡(luò)間的干擾：一旦藍(lán)牙4.1和LTE網(wǎng)絡(luò)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，藍(lán)牙4.1就會(huì)自動(dòng)協(xié)調(diào)兩者的傳輸信息，從而減少其它信號(hào)對(duì)于自身的干擾，傳輸速率也就有了保障。
向下兼容，無需更換芯片：4.1不僅可以向下兼容 4.0，更重要的是對(duì)現(xiàn)有的4.0設(shè)備來說，不需要更換芯片，只需要升級(jí)固件就可以免費(fèi)升級(jí)到藍(lán)牙4.1。
4.藍(lán)牙系統(tǒng)組成
藍(lán)牙系統(tǒng)一般由以下4個(gè)功能單元組成：
* 天線單元
*鏈路控制（固件）單元
*鏈路管理（軟件）單元
*藍(lán)牙軟件（協(xié)議）單元
5.藍(lán)牙的工作原理
藍(lán)牙通信的主從關(guān)系
藍(lán)牙技術(shù)規(guī)定每一對(duì)設(shè)備之間進(jìn)行藍(lán)牙通訊時(shí)，必須一個(gè)為主角色，另一為從角色，才能進(jìn)行通信，通信時(shí)，必須由主端進(jìn)行查找，發(fā)起配對(duì)，建鏈成功后，雙方即可收發(fā)數(shù)據(jù)。理論上，一個(gè)藍(lán)牙主端設(shè)備，可同時(shí)與7個(gè)藍(lán)牙從端設(shè)備進(jìn)行通訊。一個(gè)具備藍(lán)牙通訊功能的設(shè)備， 可以在兩個(gè)角色間切換，平時(shí)工作在從模式，等待其它主設(shè)備來連接，需要時(shí)，轉(zhuǎn)換為主模式，向其它設(shè)備發(fā)起呼叫。一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備以主模式發(fā)起呼叫時(shí)，需要知道對(duì)方的藍(lán)牙地址，配對(duì)密碼等信息，配對(duì)完成后，可直接發(fā)起呼叫。
藍(lán)牙的呼叫過程
藍(lán)牙主端設(shè)備發(fā)起呼叫，首先是查找，找出周圍處于可被查找的藍(lán)牙設(shè)備。主端設(shè)備找到從端藍(lán)牙設(shè)備后，與從端藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行配對(duì)，此時(shí)需要輸入從端設(shè)備的 PIN碼，也有設(shè)備不需要輸入PIN碼。配對(duì)完成后，從端藍(lán)牙設(shè)備會(huì)記錄主端設(shè)備的信任信息，此時(shí)主端即可向從端設(shè)備發(fā)起呼叫，已配對(duì)的設(shè)備在下次呼叫時(shí)，不再需要重新配對(duì)。已配對(duì)的設(shè)備，做為從端的藍(lán)牙耳機(jī)也可以發(fā)起建鏈請(qǐng)求，但做數(shù)據(jù)通訊的藍(lán)牙模塊一般不發(fā)起呼叫。鏈路建立成功后，主從兩端之間即可進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)或語音通訊。在通信狀態(tài)下，主端和從端設(shè)備都可以發(fā)起斷鏈，斷開藍(lán)牙鏈路。
藍(lán)牙一對(duì)一的串口數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用
藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，一對(duì)一串口數(shù)據(jù)通訊是最常見的應(yīng)用之一，藍(lán)牙設(shè)備在出廠前即提前設(shè)好兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間的配對(duì)信息，主端預(yù)存有從端設(shè)備的PIN碼、地址等，兩端設(shè)備加電即自動(dòng)建鏈，透明串口傳輸，無需外圍電路干預(yù)。一對(duì)一應(yīng)用中從端設(shè)備可以設(shè)為兩種類型，一是靜默狀態(tài)，即只能與指定的主端通信，不被別的藍(lán)牙設(shè)備查找;二是開發(fā)狀態(tài)，既可被指定主端查找，也可以被別的藍(lán)牙設(shè)備查找建鏈。
6.結(jié)束語
從健身跟蹤器到Bluetooth Smart跑鞋，各個(gè)可穿戴設(shè)備市場(chǎng)都呈現(xiàn)出顯著的增長。舉凡日常生活用品，如手表、手鐲、手套，甚至帽子等，都可以應(yīng)用藍(lán)牙無線技術(shù)將采集來的活動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)送到智能終端——智能手機(jī)和平板電腦的應(yīng)用軟件上。受到藍(lán)牙可穿戴運(yùn)動(dòng)與健身跟蹤器在市場(chǎng)上的迅速增長，Bluetooth Smart 技術(shù)很快會(huì)成為可穿戴技術(shù)約定俗成的連接解決方案。藍(lán)牙技術(shù)的演變可以說是無線技術(shù)進(jìn)化的一個(gè)縮影，從1.0到4.0，從圖紙到普及，這個(gè)過程中有無數(shù)的坎坷，但以用戶體驗(yàn)及整個(gè)產(chǎn)業(yè)的支撐讓藍(lán)牙在眾多無線技術(shù)中脫穎而出是有原因的。從目前來看，藍(lán)牙音頻技術(shù)的前景最為可觀，我們也希望各大廠商能夠加入到藍(lán)牙無線當(dāng)中來，使得無線音頻產(chǎn)品得到普及。
CSR創(chuàng)新藍(lán)牙Bluetooth Smart組網(wǎng)智能家居解決方案
1.前言
隨著智能終端的普及，產(chǎn)業(yè)、技術(shù)與市場(chǎng)的成熟，加之國際品牌大廠的推動(dòng)，物聯(lián)網(wǎng)（ioT）、智能家居、智能安防已經(jīng)開始走進(jìn)人們的生活，它已經(jīng)不再是一個(gè)炙手可熱的概念，而是一批批不斷涌現(xiàn)并暢銷于市場(chǎng)的產(chǎn)品。
智能安防是智能家居的最為重要細(xì)分市場(chǎng)之一，而相比與其它智能家居應(yīng)用，安防的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程報(bào)警、智能聯(lián)動(dòng)的需求更為迫切。試想一下，當(dāng)家中出現(xiàn)異常 走動(dòng)，煤氣，煙霧問題，不在家中的您可以通過移動(dòng)設(shè)備第一時(shí)間了解到家中的異常狀況，以及時(shí)采取應(yīng)對(duì)策略，減少您的財(cái)產(chǎn)損失，保護(hù)好您的家人。
2.智能家居的無線技術(shù)格局：（Wifi， Zigbee， 藍(lán)牙）
WiFi是基礎(chǔ)設(shè)施：
一般是用于覆蓋一定范圍（如1棟樓）的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（覆蓋范圍100米左右）。
現(xiàn)存的主要問題：功耗高，價(jià)格高，移動(dòng)性差，組網(wǎng)能力差。
ZigBee 是連接手段：
用于低速率、低功耗場(chǎng)合，比如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，適用于工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居控制等領(lǐng)域。
現(xiàn)存的主要問題：推廣難度大（需要網(wǎng)關(guān)連接網(wǎng)絡(luò)，安裝調(diào)試等綜合成本高），產(chǎn)品成本高，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)不可控。
藍(lán)牙服務(wù)移動(dòng)設(shè)備：
目前全球有超過30億個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，其總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了wi-fi和zigbee設(shè)備的總量，藍(lán)牙的應(yīng)用延伸到手機(jī)、游戲機(jī)、耳機(jī)、筆記本、汽車等很多應(yīng)用，藍(lán)牙4.0的推出讓藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域更為拓廣。
現(xiàn)存的主要問題：組網(wǎng)能力差。
智能家居現(xiàn)狀：
Zigbee技術(shù)在智能家居推廣多年，但市場(chǎng)接受度很低，其中最大的原因1. 成本高 2. 其需要路由與網(wǎng)絡(luò)連接，使得連接設(shè)置復(fù)雜，安裝費(fèi)用高，推廣難度大。
3、CSR Mesh創(chuàng)新藍(lán)牙解決方案概述
智能終端的普及已經(jīng)使藍(lán)牙設(shè)備握在每個(gè)消費(fèi)者的手中，因此在產(chǎn)品的推廣普及方面，相比Xigbee，藍(lán)牙具有先天的優(yōu)勢(shì)，消費(fèi)者無需改變太多，既可以享 受智能家居帶來的方便與享受；同時(shí)不同于zigbee一直應(yīng)用于銷量有限的工業(yè)市場(chǎng)，藍(lán)牙BLE自誕生之日起即服務(wù)于大眾消費(fèi)市場(chǎng)，成本及技術(shù)門檻比 zigbee要低很多，更加有利于產(chǎn)品的普及。
CSR Mesh創(chuàng)新藍(lán)牙解決方案特別針對(duì)智能家庭和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所做的優(yōu)化設(shè)計(jì)，它包含了CSR自訂的組態(tài) （configuration），控制協(xié)議 （control Protocol），以及CSR 驗(yàn)證過的Bluetooth Smart組件： CSR101x和CSR8811。消費(fèi)者可在家中任何地方控制調(diào)整燈光、溫度、家電和保全系統(tǒng)等內(nèi)建Bluetooth Smart技術(shù)的設(shè)備或裝置。其中，符合CSR Mesh協(xié)議的方案并不需要復(fù)雜的設(shè)定、配對(duì)、或使用路由器等存取裝置，對(duì)消費(fèi)者而言將更為便利。
CSR Mesh協(xié)議利用Bluetooth Smart傳送訊息給網(wǎng)絡(luò)上的其它Bluetooth Smart裝置，并接著往前傳送。訊息可以指定給個(gè)別裝置或群組，而裝置本身可以隸屬于多個(gè)群組?？刂乒δ芡高^標(biāo)準(zhǔn)Bluetooth Smart家電執(zhí)行，例如運(yùn)用燈光的開與關(guān)，或者藉由智能型手機(jī)或平板計(jì)算機(jī)來執(zhí)行。
CSR Mesh創(chuàng)新藍(lán)牙解決方案框圖
業(yè)界對(duì)CSR Mesh創(chuàng)新藍(lán)牙解決方案的評(píng)價(jià)
CSR事業(yè)部資深副總裁Anthony Murray表示：”不同于Zigbee或Z-Wave等其它家庭自動(dòng)化連接方案的是，CSR Mesh讓消費(fèi)者能在家中任何角落透過行動(dòng)設(shè)備直接遙控，它沒有距離限制，也不需要依賴集線器。CSR致力推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新，我們相信這項(xiàng)新的 Bluetooth Smart方案將協(xié)助開發(fā)商、顛覆市場(chǎng)對(duì)于裝置控制的舊有印象，開發(fā)業(yè)者不需其它專利方案或技術(shù)就能開發(fā)出符合市場(chǎng)期望的產(chǎn)品，也帶給消費(fèi)者一個(gè)理想的家 庭自動(dòng)化環(huán)境?！?/p>
Murray也指出：“除了能從智能型手機(jī)控制之外，CSR Mesh也將讓開發(fā)業(yè)者能建置智能網(wǎng)絡(luò)，使裝置相互直接通訊。這就能實(shí)現(xiàn)未來物聯(lián)網(wǎng)，讓消費(fèi)者建立自動(dòng)化的智慧家庭，好比說，當(dāng)他們一走進(jìn)房間、燈光就 會(huì)自動(dòng)亮起。CSR已支持許多客戶開發(fā)符合CSR Mesh協(xié)議的產(chǎn)品，我們也期待看到這項(xiàng)方案進(jìn)一步地開啟智慧家庭市場(chǎng)。”
CSR1010/CSR1011 介紹：
CSR 發(fā)表針對(duì)超低功耗連結(jié)裝置需求所設(shè)計(jì)的首款單模單芯片藍(lán)牙低功耗平臺(tái) CSR1010 和 CSR1011 。新 CSR uEnergy 平臺(tái)在一顆單芯片上提供所有必要技術(shù)，以協(xié)助開發(fā)藍(lán)牙低功耗產(chǎn)品，包括射頻、基頻、微控制器、通過認(rèn)證的 BluEtooth v4.0 堆棧、以及使用者自訂應(yīng)用。 CSR uEnergy 藍(lán)牙低功耗平臺(tái)將讓以往受限于功率消耗、尺寸和其它無線標(biāo)準(zhǔn)等復(fù)雜應(yīng)用實(shí)現(xiàn)超低功耗連接性。
CSR uEnergy 平臺(tái)已實(shí)施最佳化設(shè)計(jì)，專門使用于支持藍(lán)牙低功耗功能，協(xié)助開發(fā)小型、成本效益且能源效率的產(chǎn)品。 CSR 芯片只需要一顆單一鈕扣型電池就可以使用多年，而且能夠被建置到簡單的傳感器中，例如計(jì)步器、心律監(jiān)測(cè)器或者車鑰匙鏈，以及較復(fù)雜的低功耗裝置，例如可控 制和顯示行動(dòng)電話信息的手表。該平臺(tái)提供單模芯片，能夠與 CSR 的雙模芯片相輔相成，進(jìn)而構(gòu)成完整的藍(lán)牙低功耗方案。
4、簡單的電路設(shè)計(jì)：
5.開發(fā)套件：
基于CC2541藍(lán)牙（BLE）技術(shù)的心率監(jiān)測(cè)方案
目前心血管疾病是死亡的主要原因。盡管心臟病突發(fā)沒有前兆，心率不齊在發(fā)作之前是可以被發(fā)現(xiàn)的。它可能被用作心臟病發(fā)作的主要前兆。所以對(duì)于心臟病人來說，如果能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其心率，在病發(fā)時(shí)迅速進(jìn)行搶救，無疑是幫助他們挽回生命的最佳辦法。
藍(lán)牙 4.0是藍(lán)牙3.0+HS 規(guī)范的補(bǔ)充，有雙模和單模之分。藍(lán)牙 4.0 雙?？梢韵蛳录嫒菟{(lán)牙 3.0 和藍(lán)牙 2.1；藍(lán)牙 4.0 單模就是 BLE（Bluetooth Low Energy），其特點(diǎn)是功耗更低，可以使電池的使用時(shí)間更長，成本更低且傳輸距離更遠(yuǎn)。專門面向?qū)Τ杀竞凸亩加休^高要求的無線方案，可廣泛用于衛(wèi)生保 健、體育健身、家庭娛樂、安全保障等諸多領(lǐng)域。
結(jié)合藍(lán)牙技術(shù)的心率監(jiān)測(cè)方案可以實(shí)時(shí)的將監(jiān)測(cè)到的心率值傳到手機(jī)、平板等具有藍(lán)牙 4.0 功能的便攜設(shè)備，心率數(shù)據(jù)和導(dǎo)聯(lián)狀態(tài)將實(shí)時(shí)顯示在 App 上面，并通過分析采集到的心率數(shù)據(jù)顯示心電波形圖。
【方案方塊圖】
【展示板照片】
【系統(tǒng)功能】
?、?心電信號(hào)測(cè)量：使用 AD8232 作為模擬前端，將心電信號(hào)經(jīng)過放大、濾波電路送至 ADC 采樣端，放大增益為 1000 倍，濾波器帶寬為 7 – 25 Hz；
② 心電信號(hào)采樣：使用 CC2541 內(nèi)置的 ADC 采樣經(jīng)過放大的心電信號(hào)，存儲(chǔ)信號(hào)數(shù)據(jù)待分析顯示，心電信號(hào)幅值最大約為 3 V；
?、?信號(hào)數(shù)據(jù)顯示：將心電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并于 LCD 顯示出心率，以及進(jìn)行心電波形的簡略描繪；
?、?電極脫落監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)心電信號(hào)測(cè)量電極的連接狀態(tài)，如有脫落則進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警；
?、?信號(hào)數(shù)據(jù)傳送：將心
【方案特性】
① 采用 ADI AD8232 低功耗、單導(dǎo)聯(lián)、心率監(jiān)護(hù)儀模擬前端
?、?利用 TI CC2541 內(nèi)部 8 通道的 12 位 ADC 對(duì)模擬前端的心率信號(hào)進(jìn)行采用
?、?藍(lán)牙無線傳輸采用 TI CC2541 藍(lán)牙 4.0 單模 BLE 片上系統(tǒng)（SoC）解決方案芯片
CC2541 是一款針對(duì) 低能耗以及私有 2.4-GHz 應(yīng)用的功率優(yōu)化的真正片載系統(tǒng) （SoC） 解決方案。 它使得使用低總體物料清單成本建立強(qiáng)健網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成為可能。 CC2541 將領(lǐng)先 RF 收發(fā)器的出色性能和一個(gè)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型 8051 MCU、系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存存儲(chǔ)器、8-KB RAM 和很多其它功能強(qiáng)大的特性和外設(shè)組合在一起。 CC2541 非常適合應(yīng)用于需要超低能耗的系統(tǒng)。 這由多種不同的運(yùn)行模式指定。 運(yùn)行模式間較短的轉(zhuǎn)換時(shí)間進(jìn)一步使低能耗變?yōu)榭赡堋?/p>
CC2541方框圖
詳細(xì)資料：cc2541:2.4GHz藍(lán)牙低能耗和私有片載系統(tǒng)
基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案
1.引言
在智能家居和物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的背景下，基于藍(lán)牙4.0標(biāo)準(zhǔn)的低功耗藍(lán)牙 （Bluetooth Low Energy，BLE）技術(shù)正被逐步地為人們重視。隨著兼容藍(lán)牙4.0標(biāo)準(zhǔn)的智能手機(jī)逐步普及，低功耗藍(lán)牙技術(shù)也面臨著越來越廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用了基 于BLE技術(shù)的nRF51822藍(lán)牙SoC芯片和SHT11溫濕度傳感器設(shè)計(jì)了一種基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)的溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn)位置的溫度和濕度發(fā) 送給主機(jī)用于顯示，可廣泛應(yīng)用于家庭、車間、倉庫的溫濕度監(jiān)控。節(jié)點(diǎn)采用了低功耗設(shè)計(jì)，可用一枚紐扣電池供電，實(shí)際使用時(shí)間可達(dá)1年以上。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)的處理器模塊由nRF51822構(gòu)成，溫濕度傳感器件采用SHT11，電源采用紐扣電池供電；由處理器模塊、溫濕度傳 感器模塊、天線模塊、電源模塊構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)與主機(jī)通過2.4GHz的低功耗藍(lán)牙信號(hào)通信，主機(jī)采用智能手機(jī)運(yùn)行信息采集顯示的APP。多個(gè)節(jié)點(diǎn)可利用應(yīng)用層 協(xié)議與主機(jī)組成星形網(wǎng)絡(luò)。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.硬件電路
溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)硬件的系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。
圖2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.1 處理器模塊
處理器模塊選用Nordic公司的nRF51822芯片。nRF51822是具有CORTEX-M0低功耗內(nèi)核，支持BLE、Gazell等多協(xié)議的低 功耗高速率射頻收發(fā)器的 SoC。其具有高集成度、低成本、處理能力強(qiáng)、低功耗、小體積等優(yōu)勢(shì)，非常適合低功耗藍(lán)牙產(chǎn)品的應(yīng)用。該芯片具有以下特性：具有Cortex-M0內(nèi)核， 片上256KB FLASH，16KB RAM，片內(nèi)包含支持BLE協(xié)議的2.4GHz射頻收發(fā)器。軟件可編程輸出功率，最高可達(dá)+4dBm的輸出功率，輸出+4dBm功率時(shí)，最高工作電流僅為 10.5mA。休眠模式僅為2uA電流。片內(nèi)包含10-bit ADC、RTC、TWI、SPI、UART等模塊，提供最多32個(gè)GPIO，具有16個(gè)PPI通道。
nRF51822芯片的外圍電路簡單，采用單端供電，可以使用片內(nèi)線性穩(wěn)壓器（LDO），輸入電壓1.8-3.6V；外接16MHz晶振；并配以相應(yīng)的射頻匹配電路。電路圖如圖3所示。
圖3 nRF51822電路圖
3.2 溫濕度傳感器
溫濕度傳感器采用SHT11。SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。主要特點(diǎn)如下：將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變 換、 A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上；提供二線數(shù)字符串行接口，接口簡單，傳輸可靠性高；測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)；測(cè)量精確度高；封裝尺寸超??；測(cè)量和 通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式。
處理器模塊利用二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片SHT11進(jìn)行通信。DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉 電阻，電源與地之間要加100nF去耦電容。時(shí)鐘線SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對(duì)SCK最低頻率沒有 要求；二線串行數(shù)字接口不兼容I2C，必須按照傳器協(xié)議工資。硬件連接如圖4所示。
圖4 SHT11連接電路圖
3.3 電源及外圍電路
電源采用紐扣型電池CR2032，系統(tǒng)設(shè)有1個(gè)按鍵與1個(gè)LED指示燈，用于連接測(cè)試與顯示通信狀態(tài)。電路如圖5所示。系統(tǒng)預(yù)留SWD編程調(diào)試接口。系統(tǒng)使用板載PCB天線，有效通信距離可達(dá)10米。
圖5 電源及外圍電路
4.軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)BLE協(xié)議，在BLE協(xié)議棧基礎(chǔ)上構(gòu)建傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序。藍(lán)牙4.0的BLE協(xié)議棧包含兩部分：控制器和主機(jī)。協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)采用分 層方式，控制器部分包括物理層、鏈路層、主機(jī)控制接口層；主機(jī)部分包括邏輯鏈路控制及適配協(xié)議層、安全管理層、屬性協(xié)議層、通用訪問配置層、通用屬性配置 層；上層可以調(diào)用下層提供的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)需要的功能［3］。BLE協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)如圖6所示。
圖6 BLE協(xié)議棧
其中物理層主要定義了通信頻率、傳輸速度、調(diào)制方式等；鏈路層定義了廣播狀態(tài)、掃描狀態(tài)、數(shù)據(jù)包格式等；主機(jī)控制接口層主要定義了供主機(jī)訪問控制器統(tǒng)一 命令接口；邏輯鏈路控制及適配協(xié)議層主要是為藍(lán)牙低功耗協(xié)議棧高層提供面向連接的數(shù)據(jù)服務(wù)，并為高層協(xié)議提供協(xié)議復(fù)用、包的分段和重組、服務(wù)質(zhì)量等功能； 屬性協(xié)議層用來發(fā)現(xiàn)、讀取、寫入與其連接的對(duì)等設(shè)備的屬性；通用屬性配置層是利用屬性協(xié)議層來定義一些處理例程，服務(wù)的格式以及它們的屬性；安全管理協(xié) 議，用來定義安全管理的相關(guān)協(xié)議以及LE設(shè)備之間的配對(duì)、認(rèn)證和加密行為；通用訪問配置層用來定義一些通用的接口，一些針對(duì)不同安全級(jí)別的處理程序接口和 一些用于用戶接口層進(jìn)行訪問的通用格式要求。
4.1 S110 SoftDevice軟件包
nRF51822是nRF51系列中的一員，Nordic公司為nRF51系列提供一系列軟件支持。通過使用nRF51設(shè)備，可以免費(fèi)使用藍(lán)牙低功耗以及ANT協(xié)議棧中的nRF51應(yīng)用。
nRF51822 的S110 SoftDevice軟件包是預(yù)編譯二進(jìn)制藍(lán)牙低功耗協(xié)議堆棧，集成了低功耗控制器與主機(jī)的功能，可獨(dú)立編程和更新，提供了全功能的API供系統(tǒng)調(diào)用。特 點(diǎn)包括：異步和事件驅(qū)動(dòng)SVC的API；運(yùn)行時(shí)保護(hù)；GATT、GAP和L2CAP級(jí)別API；廣播器功能；GATT客戶端和服務(wù)器；具有少于128kB 的代碼和6kB的RAM使用量，為應(yīng)用程序留有超過128kB的閃存和10kB的RAM；S110SoftDevice和nRF51822加上nRF51 SDK相互配合，包含全面的藍(lán)牙低功耗配置文件、服務(wù)以及示例應(yīng)用集合。在使用過程中，只需下載nRF51822的S110軟件包及nRF51 SDK并安裝，即可在軟件中調(diào)用相關(guān)API實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。
溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)喚醒并進(jìn)行設(shè)備初始化后，響應(yīng)主機(jī)的掃描請(qǐng)求，匹配UUID后建立連接成為從機(jī)，接收主機(jī)服務(wù)和特性，并返回存放了溫濕度數(shù)據(jù)的特性值。之后節(jié)點(diǎn)設(shè)備斷開連接并進(jìn)入低功耗待機(jī)狀態(tài)。
4.2 溫濕度采集
溫濕度采集程序包括SHT11的驅(qū)動(dòng)程序，與溫濕度采集處理程序。SHT11的通信協(xié)議是廠家自定義的，所以在驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，需要用微處理器GPIO模擬通信協(xié)議。溫濕度采集處理程序流程圖如圖7所示。
圖7 溫濕度采集程序
文章詳情：基于藍(lán)牙BLE的溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案
智能LED球泡燈藍(lán)牙方案可分為四個(gè)模塊：AC-DC恒壓模塊、DC-DC恒流模塊（其路數(shù)由調(diào)色效果來決定） 、LED變色模塊及藍(lán)牙控制模塊。
1智能LED球泡燈藍(lán)牙方案原理
如下圖所示，智能LED球泡燈藍(lán)牙方案可分為四個(gè)模塊：AC-DC恒壓模塊、DC-DC恒流模塊（其路數(shù)由調(diào)色效果來決定） 、LED變色模塊及藍(lán)牙控制模塊。以下為各模塊功能的詳細(xì)闡述：
原理框架圖
1.1 AC-DC恒壓模塊
若將AC-DC恒壓模塊與DC-DC恒流模塊結(jié)合起來那么便是一個(gè)多路恒流輸出的LED開關(guān)電源，而單從AC-DC恒壓模塊來看則是一個(gè)恒壓輸出的開關(guān) 電源。因?yàn)樯婕暗叫枰刂聘淖兌嗦份敵龅牟煌瑺顟B(tài)從而達(dá)到調(diào)色溫調(diào)亮度的目的，所以這里不直接采用一體式AC-DC恒流開關(guān)電源方案，如若直接采用 AC-DC多路輸出芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)遇到類似像每路輸出產(chǎn)生互相干擾，每路的調(diào)光信號(hào)產(chǎn)生互相干擾等問題，因此還是采用先由AC-DC恒壓，再由DC-DC 實(shí)現(xiàn)恒流的模式。此模塊主要實(shí)現(xiàn)將交流市電轉(zhuǎn)化為直流恒壓電平給后路DC-DC模塊及藍(lán)牙控制模塊供電的功能。
1.2 DC-DC恒流模塊
DC-DC恒流模塊在AC-DC恒壓模塊輸出的恒壓電平的驅(qū)動(dòng)下，通過本身內(nèi)置的Mos管的開關(guān)實(shí)現(xiàn)輸出恒流的功能。同時(shí)DC-DC芯片上帶有的模擬調(diào) 光腳會(huì)根據(jù)藍(lán)牙控制模塊給出的方波信號(hào)對(duì)輸出恒定電流進(jìn)行二次調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)智能球泡燈改變亮度，改變色溫的個(gè)性化功能。DC-DC恒流模塊的路數(shù)是根據(jù)用 戶想要的輸出變化效果所決定的。若用戶只需實(shí)現(xiàn)暖色光到冷白光的一個(gè)調(diào)節(jié)，那么只需兩路DC-DC模塊，若客戶需要實(shí)現(xiàn)更多更炫彩的調(diào)光方案，那就需要至 少四路的DC-DC模塊。
1.3輸出降壓模塊
由于藍(lán)牙模塊需要的輸入電壓相對(duì)于 后端LED輸出電壓要小且要求輸入的電壓穩(wěn)定及紋波系數(shù)要小，所以要在藍(lán)牙模塊與AC-DC模塊之間需加上一個(gè)輸出降壓模塊以達(dá)到降壓并穩(wěn)壓的目的，若直 接采用簡單的阻容降壓方式，可能會(huì)有瞬間大電流的產(chǎn)生以致于損壞藍(lán)牙芯片。目前市面上有將穩(wěn)壓電路集合在芯片中的產(chǎn)品（LDO），采用這種芯片會(huì)讓整個(gè)設(shè) 計(jì)方案的體積減小，也使得PCB板布板變得簡易。
1.4 LED變色模塊
此模塊 以輸出照明燈光功能為主，如1.2中所提及客戶會(huì)有自己的一些調(diào)光方案選擇，若是采用兩路DC-DC恒流方案，LED變色模塊的鋁基板上只需貼 3000K，6500K兩種燈珠;若是采用四路的DC-DC恒流方案，此時(shí)LED變色模塊就需要貼裝紅色，綠色，藍(lán)色及白色的四款LED。
1.5 藍(lán)牙控制模塊
此模塊通過天線對(duì)手機(jī)APP上的操作信息進(jìn)行接收并輸出PWM信號(hào)給DC-DC恒流模塊，對(duì)4路紅色，綠色，藍(lán)色，白色LED電流進(jìn)行調(diào)節(jié)或者對(duì)2路3000K，6500K色溫LED電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而讓LED變色模塊輸出用戶想要的顏色的燈光。
5 結(jié)論
藍(lán)牙4.0的出現(xiàn)給實(shí)現(xiàn)智能家居小型化提供了一個(gè)可發(fā)展的未來，其低功耗，低成本，小體積及傳輸速率高的特點(diǎn)都符合小型化的發(fā)展方向，而在室內(nèi)使用與進(jìn)行控制恰恰彌補(bǔ)了其傳輸距離短的缺陷，綜上所述，我們有理由相信藍(lán)牙4.0會(huì)在智能家居市場(chǎng)有著一個(gè)更長遠(yuǎn)的發(fā)展。
藍(lán)牙和MSP430音頻信宿參考設(shè)計(jì)
描述
TI 的藍(lán)牙 + MSP430 音頻散熱器參考設(shè)計(jì)可供客戶用于創(chuàng)建各種低端、低功耗音頻解決方案的應(yīng)用。一些可能的應(yīng)用 - 玩具、低端藍(lán)牙揚(yáng)聲器、音頻播放配件。此參考設(shè)計(jì)是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的音頻實(shí)施方案，通過參考其提供的完整設(shè)計(jì)文件，您可以將重心轉(zhuǎn)移到應(yīng)用和最終產(chǎn)品開發(fā)工 作上。此參考設(shè)計(jì)支持的軟件包括 Stonestreet One Bluetopia 藍(lán)牙堆棧（經(jīng)過認(rèn)證且免專利費(fèi)）。
藍(lán)牙和MSP430 音頻信宿參考設(shè)計(jì)
特性
憑借最低成本、最低功耗的 MSP430F5229 實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙音頻功能（SBC 編碼/解碼）
設(shè)計(jì)中將音頻處理任務(wù)從 MCU 轉(zhuǎn)移到藍(lán)牙器件，從而實(shí)現(xiàn)低功耗音頻
這種經(jīng)濟(jì)高效的低端無線音頻解決方案，采用 4 層布局和 QFN 封裝
此解決方案的內(nèi)核是 TI 的 CC2564，此內(nèi)核擁有一流藍(lán)牙性能（+12dBm 輸出功率）
設(shè)計(jì)中還采用了 TI 的低功耗數(shù)字輸入揚(yáng)聲器放大器（TAS2505） 和 USB 充電管理器件 （BQ24055）
CC256x 和 Bluetopia 堆棧均有藍(lán)牙子系統(tǒng) QDID，因此您可以只需要一份藍(lán)牙最終產(chǎn)品列表
相關(guān)器件
1.BQ24055 具有自動(dòng) AC/USB 檢測(cè)功能和PG的800mA單輸入單節(jié)鋰離子電池充電器
BQ24055 功能方框圖
詳細(xì)資料：BQ24055 單節(jié)鋰離子電池充電器
2.CC2560 藍(lán)牙 Smart Ready 控制器，TICC256x器件是一款完整的藍(lán)牙BR/EDR/LEHCI解決方案，此解決方案減輕了設(shè)計(jì)工作并可實(shí)現(xiàn)快速上市。基于TI的第七代藍(lán)牙內(nèi) 核，器件實(shí)現(xiàn)了已經(jīng)證明的解決方案，此解決方案支持藍(lán)牙4.0雙模式（BR/EDR/LE）協(xié)議。TI的電源管理硬件和軟件算法大大節(jié)省了所有廣泛使用的 藍(lán)牙BR/EDR/LE模式運(yùn)行的能耗。
CC2560 功能方框圖
應(yīng)用：建筑照明、用于 HMI 和 POS 的單板計(jì)算機(jī)
詳細(xì)資料：CC2560藍(lán)牙Smart Ready控制器
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論