嘗鮮藍牙5.1,卻不知從何入手?本文告訴你

電子工程世界 發佈 2020-01-10T10:19:12+00:00

2013年推出的藍牙4.1與上一版本相比有四大進步,即提供無限制連接拓撲、低占空比定向廣告、支持與LTE 無縫協作以及改進的隱私保護。

作為無線通信技術標準,藍牙技術問世至今已整整20年。成立之初就在全球掀起一股「藍牙」熱,藍牙特別興趣小組(SIG)的成員數很快超過1500個。然而,由於安全性、兼容性,尤其是功耗較大等問題,藍牙的應用一直受限。不過20年來,隨著藍牙技術的不斷演進,越來越多的應用不斷被人們挖掘出來。

藍牙技術主要演進路徑

2010

自2010年推出的Bluetooth 4.0增加了藍牙低功耗(BLE)功能,極大地降低了藍牙的功耗要求、成本和複雜性。2013年推出的藍牙4.1與上一版本相比有四大進步,即提供無限制連接拓撲、低占空比定向廣告、支持與 LTE 無縫協作以及改進的隱私保護。藍牙4.1取消了對連接角色的限制,允許開發人員和製造商自定義藍牙設備的重新連接間隔,為開發人員提供了更高的靈活性。此外,能夠在2.4GHz ISM頻段與LTE無線電信號同時傳輸數據,以及在功耗和隱私保護等方面的較大改進,更是打開了藍牙技術在物聯網(IoT)領域的應用之門。

2014

2014年推出的藍牙4.2,其傳輸速度更加快速,比上一代提高了約2.5倍。每個可用數據包的大小從27字節大幅度增加到251字節。這降低了報頭信息與有效載荷大小的比率,並通過允許更多的空中時間專用於數據傳輸而顯著提高了吞吐量。

2016

2016年12月,Bluetooth 5.0發布了三項改變遊戲規則的增強功能:速度翻番;有效傳輸距離是藍牙4.2的四倍;數據容量是藍牙4.2的八倍。並且,該版本還與早期版本保持向後兼容。

2019

2016年12月,Bluetooth 5.0發布了三項改變遊戲規則的增強功能:速度翻番;有效傳輸距離是藍牙4.2的四倍;2019年1月,SIG宣布在藍牙5.1內推出一項新的尋向功能,用以提高藍牙的定位服務性能。為了實現這一功能,藍牙5.1提供了兩種確定方向的方法,即利用到達角(Angle of Arrival,AoA)和離開角(Angle of Departure,AoD)進行尋向定位,室內定位、物品追蹤、門禁、無鑰開鎖等應用,都將受益於該特性。ABI Research預計,因提供面向位置服務,至2022年藍牙產品的年出貨量將超過4億數據容量是藍牙4.2的八倍。並且,該版本還與早期版本保持向後兼容。

藍牙5.1晶片已經「ready」

nRF52811 SoC是Nordic公司nRF52產品系列的第四代產品,是一款功能完備的無線連線解決方案,全面支持藍牙5.1的尋向功能。該產品還提供了增強信標應用的機會,在不增加更昂貴組件的情況下實現更長的距離,是成本敏感的信標應用的理想選擇。

nRF52811 SoC在實現藍牙所有最新功能之外,還可以實現802.15.4、Thread和Zigbee連接。這種全面的連接性使其在智能家居的網關和路由器等應用中,成為性價比較高的一種選擇。

圖1,nRF52811 SoC產品

DA1469x是Dialog公司推出的一款最新藍牙低功耗無線多核MCU系列,也是業界首款已量產的基於ARM Cortex M33的無線MCU。它具有軟體可配置的協議引擎,並支持最新的藍牙5.1標準,集成了先進的內置電源管理單元。同時,它也具備模擬和數字外設的獨特組合,堪稱業界目前最強大、最先進、獨一無二的藍牙MCU。

圖2,DA1469x系統框圖

如何快速開始你的設計?

為了讓開發者能夠快速基於最新的藍牙標準進行設計,晶片廠商提供了配套的開發套件。

Nordic軟體開發套件(SDK):藉助nRF52840的開發套件NRF52840-DK、NRF52840-DONGLE,工程師可快速開啟設計工作。nRF52840 DK是Nordic公司推薦的開發工具包,用以評估nRF52811,設計人員可以將其作為開發的起點,然後再遷移到自定義PCB板上。

圖3,NRF52840-DK開發板

NRF52840-DK是一款價格合理的單板開發套件。該套件可以通過連接器訪問所有I/O(48)和接口,並且有一個集成的PCB跟蹤天線和一個用於直接射頻測試測量的射頻連接器。還有一個用於外部NFC天線的連接器(包括在套件中)。

表1中對比了nRF52811與nRF52系列其他產品在性能上的差異,設計人員可根據需要進行選擇。

表1,nRF52811與nRF52系列其他產品在性能上的對比

DA1469X開發工具包:使用DA1469x產品系列的開發人員,可以利用Dialog的開發套件DA14695-00HQDB-P、DA14695-00HQDEVKT-P等開發很多新興應用。其中,DA14695-00HQDEVKT可用於DA14695的軟體開發和電源測量;DA14695-00HQDEVKT-P是用於DA14695軟體開發的USB開發工具包。

圖4,DA14695-00HQDEVKT開發板

為自己的系統選擇一款合適的晶片往往會花費設計人員很多時間,在表2中我們給出了DA14691、DA14695、DA14697、DA14699各晶片主要性能對比,供大家在產品時選型參考。

表2,DA1469x家族各產品主要性能匯總

新增尋向功能拓寬藍牙應用之門

藍牙之所以取得驚人的成功,獨特的市場定位起到關鍵作用。有了藍牙技術,開發人員即可獲得完整的、全堆棧的、全球可互操作的解決方案,滿足各種無線連接需求。藍牙5.0中的增強功能提高了藍牙低能耗連接的數據速率、範圍和有效負載,從而提高了速度和覆蓋範圍。尤其是藍牙5.1的發布,對定位服務進行了重大升級。家庭和物聯網設備將從這些升級中受益匪淺。

長期以來,藍牙技術在音頻、汽車、物聯網以及手機、平板電腦及個人電腦等傳統市場的消費類設備中扮演重要角色,它已經成為用戶所期待的一項必備功能。但藍牙的應用不僅限於這些市場,如今,藍牙已成為智能家居、智能樓宇、智能工業和智慧城市等新興市場的首選解決方案。可以想見,藍牙5.1中最新的尋向定位服務,也會隨之在廣泛的應用中嶄露頭角。

智能樓宇:位置服務將成為智能樓宇市場最主要的應用解決方案。目前,藍牙正賦予智能樓宇更強大的位置服務,無論是導航還是空間利用,藍牙都能助其提高運營效率並改善用戶體驗。而藍牙尋向功能將助力藍牙技術在位置服務上的採用率。

智能工業:藍牙技術正在引領工業信息的融合,為工業物聯網打下基礎,以進一步提升製造商的效率、產能及安全至更高級別。製造商和經銷商總是希望通過資產跟蹤和管理解決方案優化庫存管理並提高運營效率。此外,企業級可穿戴設備日益受到青睞,掃描器、聽戴設備、追蹤器等企業級可穿戴設備增長勢頭強勁。

智能家居:無論是連接電視、音箱、電腦還是鍵盤,多年來藍牙技術始終是互聯家居的核心。根據《2019藍牙市場最新資訊》,智能設備已成為增長最快的家庭自動化設備類型。預計至2023年,智能照明設備出貨量將增長4.5倍,且智能家電在未來五年的年複合增長率將達到59%,年設備出貨量將達到5400萬台,市場潛力巨大。

智慧城市:藍牙位置服務和互聯設備網絡將在未來持續支撐各類智慧城市的應用。機場、體育館、醫院、商場、遊客中心及博物館中的藍牙位置服務將改變訪客與智慧城市的交流方式。

藍牙在傳統市場中發揮著不可或缺的作用,並且奠定了全球認可度,鞏固了其作為新消費類設備必備功能的地位。同樣地,它正在全球新興商業和工業市場中扮演著重要角色,所有預測均表明藍牙將在未來幾年內繼續加速其在新興市場中的擴展。

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