這些聯(lián)接的設(shè)備除了主要作為傳感器、執(zhí)行器或兩者組合的功能以及無線優(yōu)先，還有兩個共同的要求。它們需要與含主機和云的其他設(shè)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(shè)計人員來說是個具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)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(shè)計在物理尺寸上很小，但它們也是復(fù)雜的系統(tǒng)，結(jié)合許多不同的技術(shù)，設(shè)計人員必須利用精密的技術(shù)和低功耗組件來實現(xiàn)他們的目標(biāo)。

 

藍牙低功耗

 

藍牙在IoT應(yīng)用得到了廣泛的應(yīng)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(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)包的形式傳輸數(shù)據(jù)，然后進入睡眠模式，從而節(jié)省了大量電能。藍牙4還支持在休眠時保持聯(lián)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(fā)的功能如安全配對、AES-128加密和配置文件等。4.2版本的數(shù)據(jù)吞吐量提高了10倍，數(shù)據(jù)范圍提高了2.5倍，從而開啟了需要更大數(shù)據(jù)吞吐量的應(yīng)用。

 

藍牙5是當(dāng)前版本，并針對IoT應(yīng)用進行了優(yōu)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(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能力，省去中樞，從而可以創(chuàng)建更多大的IoT網(wǎng)絡(luò)。

 

IoT應(yīng)用

 

列舉IoT應(yīng)用是個挑戰(zhàn)，因為有太多了，且還在迅速增加。IoT聯(lián)接我們居住的家居，監(jiān)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(yè)市場。在工業(yè)中，節(jié)點監(jiān)控流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量，并監(jiān)控機器以評估磨損情況，從而實現(xiàn)預(yù)防性維護，節(jié)省與停機相關(guān)的成本。在物流方面，藍牙低功耗掃描儀可以通過智能標(biāo)簽幫助跟蹤庫存，而傳感器則標(biāo)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?qū)档湍芎牡恼J(rèn)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(jié)點感知對熱、光、冷卻和通風(fēng)的需求并實時控制燈、窗和暖通空調(diào)(HVAC)設(shè)備，以便以最經(jīng)濟的方式運行，通常在區(qū)域無人時關(guān)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(jiān)測儀能夠遠程聯(lián)接醫(yī)療專業(yè)人員與患者，從而減少到醫(yī)院就診的需求，同時提高醫(yī)療保健的質(zhì)量。

 

設(shè)計基于藍牙低功耗的IoT方案

 

IoT方案的實現(xiàn)可能很復(fù)雜，因為它們需要廣泛的技術(shù)協(xié)同工作。這可能包括微控制器、傳感器的模擬設(shè)計塊和用于通信和電源管理的RF設(shè)計。通常需要在具有最小功率需求的小尺寸方案中結(jié)合這所有。

 

因此，設(shè)計人員正尋求專門設(shè)計用于支持快速、低風(fēng)險設(shè)計流程的實現(xiàn)IoT應(yīng)用的集成方案。 RSL10系統(tǒng)級封裝（RSL10 SIP）就是這樣一種器件的示例，它提供了向IoT節(jié)點添加藍牙低功耗的一體化方案。

 

圖1. RSL10系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中。 RSL10 SIP完全通過了全球所有標(biāo)準(zhǔn)（CE、FCC、IC、MIC、KC）的認(rèn)證，無需更多的RF設(shè)計專知或認(rèn)證，從而顯著縮短設(shè)計時間。

 

SiP還含板載內(nèi)存資源-384 kB的非易失性閃存-其中256 kB可用于用戶應(yīng)用程序-88 kB的數(shù)據(jù)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(fā)器(UART)和雙串行外設(shè)接口(SPI)（主/從），提高靈活性用于廣泛應(yīng)用。

 

RSL10 SIP可支持藍牙低功耗技術(shù)以及其他2.4 GHz專有和/或自定義協(xié)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(xiàn)IoT應(yīng)用的關(guān)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(dāng)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(shè)計人員能最小化所需外部器件數(shù)，減小系統(tǒng)大小尺寸和重量。

 

寬工作電壓范圍對設(shè)計人員是個更有價值的特性，并擴大了RSL10等器件的潛在應(yīng)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(zhuǎn)換器。它還能隨著電池電壓降低延長有用的工作時間。

 

設(shè)計資源

 

工程師除了需要功能強大且高度集成的方案的優(yōu)勢，現(xiàn)在還經(jīng)常尋求工具和幫助，以在盡可能短的時間內(nèi)以最低的成本和最少的專業(yè)資源完成設(shè)計。 安森美半導(dǎo)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(shè)計。

 

RSL10軟件開發(fā)套件（SDK）提供一個完整的基于Eclipse的集成開發(fā)環(huán)境，用于開發(fā)超低功耗藍牙低功耗應(yīng)用。 該套件支持KeiluVision®和IAR Embedded Work Bench®，以及廣泛的抽象、驅(qū)動程序和示例應(yīng)用程序、FreeRTOS和空中固件更新（FOTA）移動應(yīng)用程序。

 

圖2. RSL10 SDK嵌入式軟件

 

藍牙IoT開發(fā)套件（B-IDK）提供完整的節(jié)點到云的方案，采用模塊化設(shè)計，包括廣泛的傳感器和執(zhí)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(qū)動程序、云支持和B-IDK平臺特定的文檔。 此外，移動應(yīng)用程序支持控制硬件以及發(fā)布和訂閱（MQTT）來自多個流行云服務(wù)的傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)。

 

傳感器開發(fā)套件也可為那些從事IoT設(shè)計的人提供非常有用的資源，可能是首次的。RSL10傳感器開發(fā)套件含10多個傳感器，涵蓋光、環(huán)境、聲音、位置和運動，幫助工程師快速從概念到實現(xiàn)方案，減少設(shè)計迭代。

 

圖3. RSL10傳感器開發(fā)套件

 

小結(jié)

 

使用流行的協(xié)議通信并使用超小電源運行的能力是IoT設(shè)備致勝的關(guān)鍵因素。技術(shù)如藍牙低功耗隨時間不斷演進，從一種以非常近的距離聯(lián)接外設(shè)的基本方式到實用的技術(shù)，滿足IoT的高度優(yōu)化需求。 

 

器件如RSL10 SIP把外部器件和RF子系統(tǒng)集成在一個小的、高能效的封裝中，簡化了設(shè)計任務(wù)。把這與廣泛的支援工具相結(jié)合，幫助設(shè)計人員以最低的風(fēng)險、成本和最少的時間向IoT節(jié)點添加低功耗的藍牙低功耗功能。 

 

 

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