智能藍(lán)牙技術(shù)原理及設(shè)計(jì)方案集錦_圖文

1、智能藍(lán)牙技術(shù)原理及設(shè)計(jì)方案集錦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刀聯(lián)合宣布的一種無線通信新技術(shù)。1 藍(lán)牙技術(shù)“藍(lán)牙”(bluetooth)原為歐洲中世紀(jì)的丹麥皐帝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)，為固定與移動設(shè)

2、備通信環(huán)境建立一個特別連接的短程無線電技術(shù)。其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是要 建立通川的無線電空中接口(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，使不同廠家牛產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況卞，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€9mmx9mm的微 芯片屮。“藍(lán)牙”技術(shù)的作用是簡化小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如移動pc、掌上電腦、手機(jī))之間以及這 些設(shè)備與internet z間的通信，免除在無繩電話或移動電話、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

3、。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)用屮去。例如，如果把藍(lán)牙技術(shù)引人到移動 電話和膝上型電腦中，就可以去掉移動電話與膝上型電腦z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)還為己存在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò) 和外設(shè)提供通用接口以組建一個遠(yuǎn)離固定網(wǎng)絡(luò)的個人特別連接設(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)，其至設(shè) 備不在同一間房內(nèi)也能相互鏈接；并且可以鏈接多個設(shè)備，最多可達(dá)7個，這就可以把用戶 身邊的設(shè)備都鏈接起來，形成一個“個人

4、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)芳音箱等設(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個八纟r位，最多27個。所有連接都使用藍(lán)牙2.1加入的減速呼吸模式(sniff subniting)來達(dá)到超低工作循環(huán)。跳頻：使用所有藍(lán)牙規(guī)范版本通用的白適應(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，可以休眠更長時間，只在需要執(zhí)行動作的時候才喚醒。延遲

5、：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)洌好總€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；針對一對 一連接優(yōu)化，并支持星形拓?fù)涞囊粚Χ噙B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)備同時充當(dāng)“bluetooth smart”和"bluetooth sm

6、art ready"，也就是說用八可以把多款設(shè)備連接到一個藍(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：一口藍(lán)牙4.1和lte網(wǎng)絡(luò)同時傳輸數(shù)據(jù)，藍(lán)牙4就會白 動協(xié)調(diào)兩者的傳輸信息，從而減少其它信號對于自身的干擾，傳輸速率也就有了保障。向下兼容，無需更換芯片：4不僅可以向下兼容4.0,更重要的是對現(xiàn)有的4.0設(shè)備來 說，不需耍

7、更換芯片，只需耍升級固件就町以免費(fèi)升級到藍(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個功能單元組成：*天線單元水鏈路控制（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)定每一對設(shè)備z間進(jìn)行藍(lán)牙通訊時，必須一個為主角色，另一為從角色，才 能進(jìn)行通信，通信時，必須由主端進(jìn)行查找，發(fā)起配對，建鏈成功后，雙方即可收發(fā)數(shù)據(jù)。 理論上，一個藍(lán)牙主端設(shè)備，可同時與7個藍(lán)牙從端設(shè)備進(jìn)行通訊。一個具備藍(lán)牙通訊功能 的設(shè)備，可以在兩個角色間切換，平時t作在從模式，等待其它主設(shè)備來連接，需要時， 轉(zhuǎn)換為主模式，向其它設(shè)備發(fā)起呼叫。一個藍(lán)牙設(shè)備以主模式發(fā)起呼叫

8、吋，需要知道對方的 藍(lán)牙地址，配對密碼等信息，配對完成后，口j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，首先是杳找，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，此時需要輸入從端設(shè)備的pin碼，也有設(shè) 備不需要輸入pin碼。配對完成后，從端藍(lán)牙設(shè)備會記錄主端設(shè)備的信任拮息，此吋主端 即可向從端設(shè)備發(fā)起呼叫，已配對的設(shè)備在下次呼叫時，不再需要重新配對。已配對的設(shè)備, 做為從端的藍(lán)牙耳機(jī)也口j以發(fā)起建鏈請求，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，

9、斷開藍(lán)牙鏈路。藍(lán)牙一對一的串口數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，一對一串口數(shù)據(jù)通訊是最常見的應(yīng)用z,藍(lán)牙設(shè)備在出廠前即 提前設(shè)好兩個藍(lán)牙設(shè)備z間的配對信息，主端預(yù)存有從端設(shè)備的pin碼、地址等，兩端設(shè) 備加電即自動建鏈，透明串口傳輸，無需外偉i電路干預(yù)。一對一應(yīng)用屮從端設(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，各個可穿戴設(shè)備市場都呈現(xiàn)出顯著的增長。舉凡 口常生活用品，如手表、手鐲、手套，甚至帽了等，都可以應(yīng)川藍(lán)牙無線技術(shù)將采集來的

10、活 動數(shù)據(jù)，發(fā)送到智能終端儕能手機(jī)和平板電腦的應(yīng)用軟件上。受到藍(lán)牙可穿戴運(yùn)動與健 身跟蹤器在市場上的迅速增長，bluetooth smart技術(shù)很快會成為可穿戴技術(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)化的一個縮影，從1.()到4.(),從圖紙到普 及，這個過程中有無數(shù)的坎坷，但以用戶體驗(yàn)及整個產(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，我們也希望各人廠商能夠 加入到益牙無線當(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)與市場的成熟，加

11、之國際品牌人廠的推動，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)不再是一個炙手可熱的概念，而是一 批批不斷涌現(xiàn)并暢銷于市場的產(chǎn)品。智能安防是智能家居的最為重要細(xì)分市場之一，而和比與其它智能家居應(yīng)用，安防的 遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程報警、智能聯(lián)動的需求更為迫切。試想一下，當(dāng)家中出現(xiàn)異常走動，煤氣， 煙霧問題，不在家中的您可以通過移動設(shè)備第一時間了解到家中的界常狀況，以及時采取應(yīng) 對策略，減少您的財產(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：-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）?，F(xiàn)存的

12、主耍問題：功耗高，價格高，移動性差，組網(wǎng)能力差。zigbee是連接手段：用于低速率、低功耗場介，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、智能家 居控制等領(lǐng)域?，F(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)延吋不可控。藍(lán)牙服務(wù)移動設(shè)備:目前全球有超過30億個藍(lán)牙設(shè)備，其總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 wifi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)、筆記木、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?，F(xiàn)存的主耍問題：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，但市場接受度很低，其中最大的原因i.成本高2. 其

13、 需要路山與網(wǎng)絡(luò)連接，使得連接設(shè)置復(fù)朵，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)牙具有先犬的優(yōu)勢，消費(fèi)者無需改變太多，既可以亨受智能家居帶來的方 便與享受；同時不同于zigbee - w應(yīng)用于銷最有限的工業(yè)市場，藍(lán)牙bleizl誕生之口起即 服務(wù)于大眾消費(fèi)市場，成本及技術(shù)門檻比zigbcc要低很多，更加冇利于產(chǎn)品的普及。csr mesh創(chuàng)新藍(lán)才解決方案特別針對智能家庭和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所做的優(yōu)化設(shè)計(jì)，它包含 t csr 口訂的組態(tài)(configuration),控制協(xié)議(con(

14、rol protocol),以及csr驗(yàn)證過的 bluetooth smart紐件：csrlolx和csr8811($ 1.4700)。消費(fèi)者町在家屮任何地方控制調(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。其屮，符合csr mesh 協(xié)議的方案并不需要復(fù)雜的設(shè)定、配對、或便用路由器等存取裝置，對消費(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 接看往前傳送。訊息可以指定給個別裝置或群紐，而裝置本身可以隸屬于多個群紐?？刂乒?能透過標(biāo)準(zhǔn)bluetooth smart

15、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switchescontrol of monitor anything directly from one ofthese anywhere in the buildingsen sors業(yè)界對csr mesh創(chuàng)新藍(lán)牙解決方案的評價csr事業(yè)部資深副總裁anthony murray表示：”不同j： zigbee或z-wave等其它家庭 h動化連接方案的是，csrmesh比消費(fèi)者能在家屮任何角落透過行動設(shè)備直接遙控，它沒 有距離限制，也不盅耍依賴集線器。csr致力推動物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新，我們相信這

16、項(xiàng)新的bluetooth sman方案將協(xié)助開發(fā)商、顛覆市場對于裝置控制的ih有印彖，開發(fā)業(yè)者不需其它專利方案 或技術(shù)就能開發(fā)出符合市場期望的產(chǎn)品，也帶給消費(fèi)者一個理想的家庭h動化環(huán)境?！癿uiray也指曲“除了能從智能型手機(jī)控制z外，csr mesh也將訃開發(fā)業(yè)者能建査智 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)者建立自動化的智慧家庭, 好比說，當(dāng)他們一走進(jìn)房間、燈光就會口動亮起。csr己支持許多客戶開發(fā)符合csrmesh 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?！眂sr1010($ 1.1250)/csr1011($ 1.2500)介紹：csr發(fā)農(nóng)針對超

17、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csr1010和csr1011 o新csr uenergy平臺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 使川者自訂應(yīng)用。csr uenergy藍(lán)牙低功耗平臺將讓以往受限于功率消耗、尺寸和英它無 線標(biāo)準(zhǔn)等復(fù)朵應(yīng)用實(shí)現(xiàn)超低功耗連接性。csr uenergy平臺已實(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n能源效率的產(chǎn)品。csr芯片只盂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)測辭

18、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電話信息的手表。該平臺提供單模芯片，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):25.5 mmspecial worldwide pnce on atmel eeprom2 types of 32k xtal supportedpcb antennapassive filter5開發(fā)套件: comprises:-3 csrmesh development boards18mm quick start guidepart number: dk-csr1010-10184-z/“-programme

19、r and cables基于cc2541($ 2.2900)藍(lán)牙(ble)技術(shù)的心率監(jiān)測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。它可能被川作心臟病發(fā)作的主要前兆。所以對于心臟病人來說，如果能實(shí)時 監(jiān)測其心率，在病發(fā)時迅速進(jìn)行搶救，無疑是幫助他們挽回牛命的最佳辦法。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z分。藍(lán)牙4.0雙?？梢韵蛳录嫒?藍(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間更長，成木更低且傳輸距離更遠(yuǎn)。專門面向?qū)Τ赡竞凸亩加休^

20、高要求的無線方案，可廣泛用于衛(wèi)生保健、體冇健身、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)測方案可以實(shí)時的將監(jiān)測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)時顯示在app上面，并通過分析采集到的 心率數(shù)據(jù)就示心電波形圖?！痉桨阜綁K圖】analog devices線性穩(wěn)壓器ldoelectrodes摸擬前端afe/sdnlod+lod-voutf1dvdd1rf-pdvdd2rf-navdd1avdd2p2_2/dcavdd3p2_1/ddavdd4p0_4/ssnavdd5po 5/sckavdd6po 3/miso po_2/mosiresetnb

21、t4.0單模(ble) cc2541p1_1p1_2p1_3p0 1p1_4p0_6p,_5p0 7mmpo q/aop1 6 p1 1p1_0p2_0< instrumentsauthorized dartrlbukx天線iif-bleble下栽接口debug/flash液晶顯示lcm display指示燈led1 & led2 analog devicestfexasy instrumentsauthorrad distributorkey 1 & key 2【展示板照片】【系統(tǒng)功能】 心電信號測量：使用ad8232( $ 1.6320)作為模擬前端，將心電信號經(jīng)過放

22、人、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； 心電信號采樣：使用cc2541($2.2900)內(nèi)置的adc采樣經(jīng)過放大的心電信號，存 儲信號數(shù)據(jù)待分析顯示，心電信號幅值最大約為3v； 信號數(shù)據(jù)顯示：將心電信號數(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：監(jiān)測心電信號測量電極的連接狀態(tài)，如冇脫落則進(jìn)行相應(yīng)的報警； 信號數(shù)據(jù)傳送：將心【方案特性】 釆用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對模擬前端的心率信號進(jìn)行采用 藍(lán)牙無線傳輸采用ti cc2541藍(lán)牙4

23、.0單模ble片上系統(tǒng)(soc)解決方案芯片cc2541是一款針對低能耗以及私有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木建立強(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)換時間進(jìn)一步使低 能耗變?yōu)榭赡?。reset_n 巨> 底乩丫z3個clock mux and calibrationolbug mtert

24、ace-*wafchdog timer8051 cpucoredmaunifiedirqctrl(mchrvoltmkvdo(2v-36vjucouplsleep timfcrmemoryarbitratortfkzoo 2aesencryptionfiddecryptionpower mgt. controllerram-alr：sramflash 、； flashradioregistersusarto>timer 2(ble ll timer)timer 3 (8 w)usart1» susxhz>»digit/u.analogmixedcc2541方框圖

25、詳細(xì)資料：cc2541:2.4ghz藍(lán)才低能耗和私冇片載系統(tǒng)bom list】brandpart numberfeatureadiad8232 lfcsp.wq單導(dǎo)聯(lián)心率監(jiān)控模擬前端adiadp323 lfcsp.wq三通道、200ma、低噪番、高psrr電壓調(diào)節(jié)器ticc2541 vqfn 2.4ghz bluetooth®低耗能和專利片上條統(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)e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(bluesoth low energy, ble)技術(shù)正被逐步地為人們重視。隨著兼容藍(lán)牙4.()標(biāo)準(zhǔn)的智能手機(jī)逐步普 及，低功

26、耗藍(lán)牙技術(shù)也面臨著越來越廣泛的應(yīng)用。木設(shè)計(jì)采用了棊于ele技術(shù)的 nrf51822($ 1.6604)藍(lán)牙soc芯片和sht11溫濕度傳感器設(shè)計(jì)了種基于低功耗藍(lán)牙技術(shù) 的溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn)位直的溫度和濕度發(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nrf51( $1.6604)822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

27、信號通信，主機(jī)采用智能手 機(jī)運(yùn)行信息采集顯示的app。多個節(jié)點(diǎn)可利川應(yīng)川層協(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，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256kbflash, 16kb ram,片內(nèi)包含支持ble 協(xié)議的2.4ghz

28、射頻收發(fā)器。軟件町編程輸出功率，最高可達(dá)+4dbm的輸出功率，輸岀+4dbm 功率時，最高工作電流僅為10.5ma。休眠模式僅為2ua電流。片內(nèi)包含10bit adc、rtc、 twi、spi、uart等模塊，提供最多32個gpio,具冇16個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。clgndloonf於壯gndvdddcc mo pq.otpdolpo.q2roxcpoxmpo.o5ro.06 pao7avddavddvssvssnrf518込袒

29、127 運(yùn) 25“333635vcc圖3nrf51822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。主耍特點(diǎn)如下：將溫度感測、濕度感測、信號變換、a/d轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成 到一個芯片上；提供二線數(shù)字符串行接口，接口簡單，傳輸可靠性高；測量粕度可編程調(diào)節(jié)； 測量精確度高；封裝尺寸超小；測量和通信結(jié)束后，自動轉(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loonf去耦電容。時鐘線sck用于微處理器和 sht11之間通信同步，由

30、于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對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。換件連接如圖4所示。gndshidata shtci kloorifu2 s11ti1ncncgndncdatancsckncnc 1一 j!7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($0.1463),系統(tǒng)設(shè)有1個按鍵與1個led指示燈，用于 連接測試與顯示通信狀態(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?；A(chǔ)上構(gòu)建傳感器

31、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、安全主機(jī)控制接口 (hci)控制器 (controller)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)川下層提供的兩數(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。通用訪問配置(gap)通用屬性配置(gati)安全管理(sm)屬性協(xié)議(ati)邏輯鏈路控制及適配協(xié)議(l2cap)主機(jī) (host)鏈路層(ll)物理層(phy)& v - l冷圖6 ble協(xié)議棧其屮物理層主要定義了通信頻

32、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)議棧高層提供血向連接的數(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l(fā)e設(shè)備 之間的配對、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，一些針對不同安 全級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

33、。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：異步和事件駟動svc的api；運(yùn)行時保護(hù)；gatt、gap和l2cap級別api；廣播器 功能；gatt客八端和服務(wù)辭；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

34、128kb 的閃存和 10kb 的 ram； si losoftdevice 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si 10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i叫存放了溫濕度數(shù)據(jù)的特性值。之示節(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)動程序，與溫濕度采集處理程序。sht11的

35、通信協(xié)議 是廠家自定義的，所以在驅(qū)動程序設(shè)計(jì)時，盂要用微處理器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)方案基于藍(lán)牙4.0的智能led球泡燈方案詳解智能led球泡燈藍(lán)牙方案可分為四個模塊：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

36、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恒壓輸出的開關(guān)電源。因?yàn)樯婕暗叫枰?制改變多路輸出的不同狀態(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 tu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)會遇到類似像每路 輸出產(chǎn)生互相干擾，每路的調(diào)光信號產(chǎn)生互相干擾等問題，因此還是采用先由ac-dc恒壓， 再iii 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

37、流模塊在ac-dc恒壓模塊輸出的恒壓電平的驅(qū)動f，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dc-dc芯片上帶有的模擬調(diào)光腳會根據(jù)藍(lán)牙控制模塊 給出的方波信號對輸出恒定電流進(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 性化功能。dc-dc恒流模塊的路數(shù)是根據(jù)用戶想耍的輸出變化效果所決定的。若用戶只需 實(shí)現(xiàn)暖色光到冷口光的一個調(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。13輸出降壓模塊由于藍(lán)牙模塊需要的輸入電壓相對于后端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

38、上一個輸出降壓模塊以達(dá)到降 壓并穩(wěn)壓的目的，若直接釆用簡單的阻容降壓方式，可能會有瞬i'可大電流的產(chǎn)生以致于損 壞藍(lán)牙芯片。冃前市而上有將穩(wěn)壓電路集合在芯片中的產(chǎn)品（ldo）,采用這種芯片會讓 整個設(shè)計(jì)方案的體積減小，也使得pcb板布板變得簡易。14 led變色模塊此模塊以輸出照明燈光功能為主，如1.2中所提及客戶會有白己的一些調(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 tu流方案，此時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手機(jī)app上的操作信息進(jìn)行接收并輸出pwm信號給dc-dc恒流模 塊，對4路紅色，綠色，藍(lán)色，口色led電流進(jìn)行調(diào)節(jié)或者對2路3000k, 6500k色溫led 電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而讓led變色模塊輸岀用八想要的顏色的燈光。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可發(fā)展的未來，其低功耗，低成木, 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)便用與進(jìn)行控制恰恰彌補(bǔ)了 其傳輸距