|
作者：安森美半導體物聯網策略及營銷總監Pavan Mulabagal 物聯網(IoT)對我們生活的許多方面都產生了重大影響，包括工作、娛樂和日常任務。互聯設備有幾百億臺，且每周增加幾百萬臺，很難想象全球網絡將多大程度改善我們所生活的世界。 這些聯接的設備除了主要作為傳感器、執行器或兩者組合的功能以及無線優先，還有兩個共同的要求。它們需要與含主機和云的其他設備通信；由于通常由微小的紐扣電池供電，因此它們還需要省電，以能自給自足并盡可能地小。 IoT對于設計人員來說是個具有挑戰性的領域，因為他們努力滿足用戶和消費者日益苛刻的需求和期望。雖然設計在物理尺寸上很小，但它們也是復雜的系統，結合許多不同的技術，設計人員必須利用精密的技術和低功耗組件來實現他們的目標。 藍牙低功耗 藍牙在IoT應用得到了廣泛的應用，因為它可在每一部智能手機和平板電腦上使用，從而提供幾乎無處不在的互聯網接入，且包含的特性與IoT部署需求非常吻合。藍牙低功耗最初被稱為“藍牙智能”，它以數據包的形式傳輸數據，然后進入睡眠模式，從而節省了大量電能。藍牙4還支持在休眠時保持聯接/配對，從而進一步省電。 藍牙仍在演進，在以后的版本中包括支持快速開發的功能如安全配對、AES-128加密和配置文件等。4.2版本的數據吞吐量提高了10倍，數據范圍提高了2.5倍，從而開啟了需要更大數據吞吐量的應用。 藍牙5是當前版本，并針對IoT應用進行了優化。 帶寬增加了一倍，達到2 Mbps，可能藍牙5最重要的進步是含網狀網絡能力，省去中樞，從而可以創建更多大的IoT網絡。 IoT應用 列舉IoT應用是個挑戰，因為有太多了，且還在迅速增加。IoT聯接我們居住的家居，監控我們的健康狀況，管理我們的工作場所，改善我們居住的城市和我們行駛的車輛，等等。 IoT超越了消費和工業市場。在工業中，節點監控流程以提高產品質量，并監控機器以評估磨損情況，從而實現預防性維護，節省與停機相關的成本。在物流方面，藍牙低功耗掃描儀可以通過智能標簽幫助跟蹤庫存，而傳感器則標記重新填充容器或補充庫存的需求。 隨著對電池電量的日益依賴以及全球對降低能耗的認識，能源管理已成為世界各地的重要問題。 智能樓宇中基于藍牙低功耗的IoT節點感知對熱、光、冷卻和通風的需求并實時控制燈、窗和暖通空調(HVAC)設備，以便以最經濟的方式運行，通常在區域無人時關斷資源。 在我們的家中，藍牙低功耗可跟蹤白家電的使用，甚至啟動再訂購，以自動裝滿我們的冰箱。針對人口老齡化，藍牙使新一代的個人健康監測儀能夠遠程聯接醫療專業人員與患者，從而減少到醫院就診的需求，同時提高醫療保健的質量。 設計基于藍牙低功耗的IoT方案 IoT方案的實現可能很復雜，因為它們需要廣泛的技術協同工作。這可能包括微控制器、傳感器的模擬設計塊和用于通信和電源管理的RF設計。通常需要在具有最小功率需求的小尺寸方案中結合這所有。 因此，設計人員正尋求專門設計用于支持快速、低風險設計流程的實現IoT應用的集成方案。 RSL10系統級封裝（RSL10 SIP）就是這樣一種器件的示例，它提供了向IoT節點添加藍牙低功耗的一體化方案。 
圖1. RSL10系統級封裝(RSL10 SIP) RSL10 SIP是一款靈活的超微型藍牙5器件，將RSL10藍牙低功耗無線電系統單芯片(SoC)、集成天線和所有無源器件集成在一個完整的小外形系統中。 RSL10 SIP完全通過了全球所有標準（CE、FCC、IC、MIC、KC）的認證，無需更多的RF設計專知或認證，從而顯著縮短設計時間。 SiP還含板載內存資源-384 kB的非易失性閃存-其中256 kB可用于用戶應用程序-88 kB的數據隨機存儲器(RAM)和直接存儲器存取(DMA)控制器。還有一系列可配置的外部接口，包括I2C、通用異步收發器(UART)和雙串行外設接口(SPI)（主/從），提高靈活性用于廣泛應用。 RSL10 SIP可支持藍牙低功耗技術以及其他2.4 GHz專有和/或自定義協議棧。支持空中固件更新（FOTA）使制造商可在部署后提供更新并添加更多功能。 板載電源管理是對SiP器件實現IoT應用的關鍵要求。RSL 10是目前市場上最低功耗的藍牙低功耗無線電。當工作在接收模式時，它只消耗7 mW，在深睡眠模式下降至62.5 NW。這使設計人員能最小化所需外部器件數，減小系統大小尺寸和重量。 寬工作電壓范圍對設計人員是個更有價值的特性，并擴大了RSL10等器件的潛在應用范圍。電源電壓范圍為1.1至3.3 V，支持使用1.2或1.5 V電池，而無需外部DC-DC轉換器。它還能隨著電池電壓降低延長有用的工作時間。 設計資源 工程師除了需要功能強大且高度集成的方案的優勢，現在還經常尋求工具和幫助，以在盡可能短的時間內以最低的成本和最少的專業資源完成設計。 安森美半導體提供一系列有用的工具，以進一步簡化和加速使用RSL10的設計。 RSL10軟件開發套件（SDK）提供一個完整的基于Eclipse的集成開發環境，用于開發超低功耗藍牙低功耗應用。 該套件支持KeiluVision®和IAR Embedded Work Bench®，以及廣泛的抽象、驅動程序和示例應用程序、FreeRTOS和空中固件更新（FOTA）移動應用程序。
圖2. RSL10 SDK嵌入式軟件 藍牙IoT開發套件（B-IDK）提供完整的節點到云的方案，采用模塊化設計，包括廣泛的傳感器和執行器。 便捷的CMSIS-Pack提供軟件支持，添加更高級別的功能RSL10 SDK。 B-IDK CMSIS-Pack包含傳感器驅動程序、云支持和B-IDK平臺特定的文檔。 此外，移動應用程序支持控制硬件以及發布和訂閱（MQTT）來自多個流行云服務的傳感器和執行器數據。 傳感器開發套件也可為那些從事IoT設計的人提供非常有用的資源，可能是首次的。RSL10傳感器開發套件含10多個傳感器，涵蓋光、環境、聲音、位置和運動，幫助工程師快速從概念到實現方案，減少設計迭代。
圖3. RSL10傳感器開發套件 小結 使用流行的協議通信并使用超小電源運行的能力是IoT設備致勝的關鍵因素。技術如藍牙低功耗隨時間不斷演進，從一種以非常近的距離聯接外設的基本方式到實用的技術，滿足IoT的高度優化需求。 器件如RSL10 SIP把外部器件和RF子系統集成在一個小的、高能效的封裝中，簡化了設計任務。把這與廣泛的支援工具相結合，幫助設計人員以最低的風險、成本和最少的時間向IoT節點添加低功耗的藍牙低功耗功能。 |
