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物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中常用的低功耗自組網(wǎng)無(wú)線傳輸方案(一)_藍(lán)牙綜述篇

jf_94171069 ? 來(lái)源:jf_94171069 ? 作者:jf_94171069 ? 2024-09-27 16:52 ? 次閱讀
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物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用藍(lán)牙模塊

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用藍(lán)牙模塊的原因主要有以下幾點(diǎn):

技術(shù)特性與優(yōu)勢(shì)

短距離無(wú)線通信能力:藍(lán)牙模塊作為一種短距離無(wú)線通信技術(shù),能夠在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的快速連接和數(shù)據(jù)傳輸,非常適合物聯(lián)網(wǎng)中設(shè)備間的互聯(lián)互通。

抗干擾能力強(qiáng):藍(lán)牙模塊具有較強(qiáng)的抗干擾能力,能夠在復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定工作,確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。

低功耗特性:低功耗藍(lán)牙(BLE)技術(shù)的引入,使得藍(lán)牙模塊在保持連接和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí),能夠顯著降低能耗,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命,這對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)中的可穿戴設(shè)備、智能家居設(shè)備等尤為重要。

體積小、易集成:藍(lán)牙模塊體積小、重量輕,易于集成到各種設(shè)備中,不會(huì)增加設(shè)備的體積和重量,便于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的部署和應(yīng)用。

全球免費(fèi)協(xié)議:藍(lán)牙協(xié)議是全球免費(fèi)的,這降低了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的成本,使得藍(lán)牙模塊在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用更加廣泛和普及。

應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

智能穿戴設(shè)備:藍(lán)牙模塊在智能手環(huán)、智能手表等穿戴設(shè)備中廣泛應(yīng)用,通過(guò)藍(lán)牙連接手機(jī)等終端設(shè)備,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步和遠(yuǎn)程控制。

智能家居:在智能家居領(lǐng)域,藍(lán)牙模塊可用于智能音箱、智能電視、智能家電等設(shè)備的互聯(lián)互通,實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和管理。同時(shí),藍(lán)牙傳感器還可以用于家庭安防監(jiān)測(cè)、環(huán)境檢測(cè)等。

智慧醫(yī)療:藍(lán)牙技術(shù)在智慧醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,如通過(guò)藍(lán)牙定位實(shí)現(xiàn)醫(yī)院室內(nèi)導(dǎo)航、醫(yī)療設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理等。此外,藍(lán)牙模塊還可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者的健康數(shù)據(jù),提高醫(yī)療服務(wù)的效率和質(zhì)量。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng):在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中,藍(lán)牙模塊可用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的監(jiān)測(cè)和管理,提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制。同時(shí),藍(lán)牙傳感器還可以監(jiān)測(cè)機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)預(yù)測(cè)故障并進(jìn)行維護(hù)。

智慧城市:藍(lán)牙技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用前景廣闊,如通過(guò)藍(lán)牙定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市中的室內(nèi)導(dǎo)航、人員定位、交通管理等。此外,藍(lán)牙傳感器還可以用于城市環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能路燈管理等。

綜上所述,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用藍(lán)牙模塊的原因主要基于其技術(shù)特性和廣泛應(yīng)用場(chǎng)景。藍(lán)牙模塊以其短距離無(wú)線通信能力、抗干擾能力強(qiáng)、低功耗特性、體積小易集成以及全球免費(fèi)協(xié)議等優(yōu)勢(shì),在物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用。同時(shí),隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展,藍(lán)牙模塊在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用前景將更加廣闊。

本文會(huì)再為大家詳解無(wú)線通信模塊家族中的一員——藍(lán)牙。

1.藍(lán)牙模塊定義

藍(lán)牙模塊,是一種集成藍(lán)牙功能的PCBA板,用于短距離無(wú)線通訊,藍(lán)牙模塊將芯片和外圍硬件電路集成到一個(gè)PCB上,開(kāi)發(fā)出所需的內(nèi)置程序?qū)崿F(xiàn)藍(lán)牙功能的設(shè)備??梢酝ㄟ^(guò)相關(guān)接口MCU控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、可實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)通信和組網(wǎng)。本文從藍(lán)牙模塊的不同的分類(lèi)方式上去梳理藍(lán)牙模塊的類(lèi)型,盡量的從分類(lèi)方式的角度去了解藍(lán)牙模塊所具備一些特性和功能。

2.藍(lán)牙模塊分類(lèi)

2.1按照協(xié)議類(lèi)型分

(1)經(jīng)典藍(lán)牙模塊

經(jīng)典藍(lán)牙模塊(BT)泛指支持藍(lán)牙協(xié)議4.0以下的模塊,可以細(xì)分為:傳統(tǒng)藍(lán)牙模塊和高速藍(lán)牙模塊。

傳統(tǒng)藍(lán)牙模塊:藍(lán)牙誕生之初,使用的是BR基本速率技術(shù),此時(shí)藍(lán)牙的理論傳輸速率,只能達(dá)到721.2Kbps,在2004年推出支持藍(lán)牙2.0協(xié)議的模塊,在智能手機(jī)時(shí)代爆發(fā),新增EDR藍(lán)牙增強(qiáng)速率(Enhanced Data Rate)技術(shù),通過(guò)提高多任務(wù)處理和多種藍(lán)牙設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的能力,使得藍(lán)牙設(shè)備的傳輸率可達(dá) 3Mbps,是藍(lán)牙1.2技術(shù)傳輸速率的三倍。因此除了可獲得更穩(wěn)定的音頻流傳送和更低的耗電量之外,還可充分利用帶寬優(yōu)勢(shì)同時(shí)連接多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。

高速藍(lán)牙模塊:高速藍(lán)牙模塊在2009年推出,主要代表是支持藍(lán)牙3.0協(xié)議的模塊,新增了High Speed技術(shù),可以使藍(lán)牙調(diào)用802.11 WiFi用于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸,傳輸率高達(dá)24Mbps,是傳統(tǒng)藍(lán)牙模塊的8倍。

經(jīng)典藍(lán)牙模塊一般用于連續(xù)流式傳輸音頻和數(shù)據(jù)量比較大的傳輸,如:語(yǔ)音、音樂(lè)、無(wú)線耳機(jī)、設(shè)備間文件傳輸、打印機(jī)、無(wú)線音箱等。

(2)低功耗藍(lán)牙模塊

低功耗藍(lán)牙模塊(BLE)指支持2010年推出藍(lán)牙協(xié)議4.0或更高的模塊,最大的特點(diǎn)是成本和功耗的降低。藍(lán)牙低功耗技術(shù)采用可變連接時(shí)間間隔,這個(gè)間隔根據(jù)具體應(yīng)用可以設(shè)置為幾毫秒到幾秒不等。BLE技術(shù)采用非??焖俚倪B接方式,因此可以處于“非連接”狀態(tài)(節(jié)省能源),此時(shí)鏈路兩端只有在必要時(shí)才開(kāi)啟鏈路,然后在盡可能短的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉鏈路。

低功耗藍(lán)牙應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求比較高,但是低速率,低功耗的場(chǎng)景,如鼠標(biāo)鍵盤(pán)、心率檢測(cè)器和溫度計(jì)等傳感器設(shè)備、智能家居、智能穿戴這類(lèi)不需要大數(shù)據(jù)量交互的場(chǎng)景中,非常適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

綜上所述,經(jīng)典藍(lán)牙并不是BLE的過(guò)時(shí)版本,經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙共存并用于不同的應(yīng)用,這完全取決于每個(gè)人的不同需求。

2.2按照對(duì)協(xié)議的支持分

按照對(duì)藍(lán)牙協(xié)議棧支持的數(shù)量可以分為單模模塊和雙模模塊。單模和雙模的概念是在BLE藍(lán)牙出現(xiàn)之后才有的,我們應(yīng)該根據(jù)成本、應(yīng)用程序和功能選擇需要的模塊。

(1)單模模塊

單模模塊就是指支持藍(lán)牙某一種協(xié)議的模塊,僅支持經(jīng)典藍(lán)牙(BT)協(xié)議或者低功耗藍(lán)牙(BLE)協(xié)議。

(2)雙模模塊

雙模式模塊是指同時(shí)支持經(jīng)典藍(lán)牙(BT)協(xié)議和低功耗藍(lán)牙(BLE)協(xié)議的模塊,可以運(yùn)行兩套協(xié)議堆棧。雙模模塊有兩類(lèi):經(jīng)典藍(lán)牙(僅限數(shù)據(jù))+ BLE和經(jīng)典藍(lán)牙(數(shù)據(jù)+音頻)+ BLE。因此雙模模塊具有很好的靈活性和兼容性。

藍(lán)牙雙模無(wú)疑是未來(lái)的主流。經(jīng)典藍(lán)牙功耗較大,4.0以后的藍(lán)牙BLE功耗小,但不支持音頻協(xié)議及受數(shù)據(jù)傳輸速度限制,藍(lán)牙雙模則是綜合了兩者的優(yōu)缺點(diǎn),既可以支持音頻傳輸,同樣可支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸,功耗低,并且兼容性也是兩者之和。

2.3按照功能分

站在藍(lán)牙模塊傳輸內(nèi)容大小的功能角度來(lái)說(shuō),可以分為以下幾種。

(1)數(shù)據(jù)模塊

一般使用比較多的是數(shù)據(jù)模塊,也就是低功耗藍(lán)牙,也叫透?jìng)魉{(lán)牙模塊。對(duì)于數(shù)據(jù)量不大,傳輸近距離,運(yùn)行和待機(jī)功耗有嚴(yán)格要求的設(shè)備來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的選擇,由于功耗方面的優(yōu)勢(shì),4.0藍(lán)牙模塊目前已占據(jù)移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸大部分份額,并且規(guī)模和份額還有望繼續(xù)成長(zhǎng)。

(2)音頻模塊

而音頻模塊就需要非常大碼流的數(shù)據(jù)傳輸,所以比較適合經(jīng)典的藍(lán)牙模塊。

(3)數(shù)據(jù)和音頻復(fù)合模塊

可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、音頻、數(shù)據(jù)的傳輸,在移動(dòng)互聯(lián),數(shù)據(jù)+音頻應(yīng)用的大趨勢(shì)下,數(shù)據(jù)和音頻復(fù)合的雙模模塊是一個(gè)很好的選擇。

2.4按照芯片設(shè)計(jì)分

這是根據(jù)模塊中藍(lán)牙芯片使用的存儲(chǔ)類(lèi)型來(lái)區(qū)分的。

(1)ROM版本

一般是芯片廠家的ROM版芯片,特點(diǎn)是芯片廠家將標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用PROFILES 固化在芯片中,一般是固定功能的,用戶無(wú)法對(duì)芯片內(nèi)程序進(jìn)行修改??赏饨覧EPROM,存儲(chǔ)空間較小,可用于存放藍(lán)牙地址、設(shè)備名稱(chēng)、PIN 碼等。

使用ROM版本芯片做的產(chǎn)品差異化較少,但是開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單,對(duì)于一些常規(guī)產(chǎn)品,不需要深度定制化的產(chǎn)品,選用ROM版本芯片可以開(kāi)發(fā)進(jìn)度,加快產(chǎn)品上市時(shí)間。適合大規(guī)模的批量生產(chǎn),價(jià)格很低,比較常見(jiàn)的是用于dongle、藍(lán)牙耳機(jī)模塊、手機(jī)模塊、鼠標(biāo)鍵盤(pán)模塊等,可以修改配置參數(shù),但基本功能是固定的。大規(guī)模民用產(chǎn)品一般選用ROM版模塊,如市場(chǎng)上的USB藍(lán)牙適配器,由于大部分協(xié)議會(huì)運(yùn)行在PC內(nèi)部,對(duì)芯片處理能力要求很低,因此芯片廠家會(huì)推出價(jià)格很低的產(chǎn)品。

(2)FLASH版本

芯片一般內(nèi)置FLASH,存儲(chǔ)空間較大,如果要做一些客戶自定義的產(chǎn)品,比如需要增加一些傳感器、與外部MCU進(jìn)行通信,增加藍(lán)牙協(xié)議或服務(wù),則需要使用FLASH版本,客戶可在FLASH版本芯片的已有工程上添加自己的工程代碼,開(kāi)發(fā)自己的固件,做出差異化的產(chǎn)品,相對(duì)來(lái)說(shuō)靈活性高一些。

FLASH版本的芯片價(jià)格高,但用戶可以按自已的應(yīng)用需求進(jìn)行,由于芯片內(nèi)置了FLASH存儲(chǔ),其各性能表現(xiàn)出色,同時(shí)內(nèi)置了音頻編解碼電路,適合各種語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)等應(yīng)用。工業(yè)藍(lán)牙應(yīng)用一般應(yīng)采用FLASH版本的芯片生產(chǎn)的模塊,運(yùn)行速度快,具備高集成度、高可靠性、高性能指標(biāo)等特點(diǎn)。

(3)EXT版本

EXT模塊采用的芯片沒(méi)有FLASH存儲(chǔ),需外擴(kuò)存儲(chǔ)器件,用戶可以進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā),特點(diǎn)是價(jià)格適中,不足是穩(wěn)定性、功耗等性能差異大,同時(shí)大部分EXT芯片沒(méi)有音頻解碼電路,如需實(shí)現(xiàn)音頻傳輸需外接編解碼器件。

2.5按照功率分

針對(duì)功率來(lái)說(shuō),低功耗藍(lán)牙和經(jīng)典藍(lán)牙又有區(qū)別。

低功耗藍(lán)牙沒(méi)有功率的級(jí)別,傳輸距離可超過(guò)100m,5.0協(xié)議的距離甚至可達(dá)300m,具體距離看產(chǎn)品的設(shè)計(jì)功率。低功耗藍(lán)牙技術(shù)的調(diào)制與傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)略有不同。這一不同的調(diào)制以10mwdb的無(wú)線芯片組(低功耗藍(lán)牙最大功率)實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)300m的連接范圍,也就是說(shuō)整個(gè)家居及樓宇范圍都能覆蓋,實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)健且可靠的連接。

經(jīng)典藍(lán)牙有3個(gè)級(jí)別的功率,用Class表示,按照藍(lán)牙規(guī)范的規(guī)定,Class并不用來(lái)規(guī)定距離的,而是標(biāo)明發(fā)射功率。藍(lán)牙模塊發(fā)射功率參數(shù)確定后,實(shí)際發(fā)射效率與射頻電路、天線效率相關(guān),藍(lán)牙模塊的通訊距離與發(fā)射功率、接收靈敏度及應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān),藍(lán)牙工作在2.4G頻段,穿透能力較差,在有遮擋的情況下,應(yīng)在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試通訊效果。功率控制的目的是將輻射控制在限制范圍內(nèi),而不會(huì)干擾相鄰藍(lán)牙設(shè)備的正常工作,使用鏈路管理協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備之間的功率控制算法。

(1)Class 1

Class 1輸出功率為1mW (0dBm)~100mW (20dBm),支持100m傳輸距離,為達(dá)到最大范圍,功率控制是強(qiáng)制。Class 1是用在大功率,遠(yuǎn)距離的藍(lán)牙產(chǎn)品上,但因成本高和耗電量大,不適合作個(gè)人通訊產(chǎn)品之用(手機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙Dongle等等),故多用在遠(yuǎn)距離傳輸上。

遠(yuǎn)距離傳輸一般很少人會(huì)用到,但如果想要遠(yuǎn)距離傳輸音頻,遠(yuǎn)距離連接音響,更常見(jiàn)是在一些大型會(huì)場(chǎng)、舞臺(tái)、工業(yè)場(chǎng)景,用支持Class 1的藍(lán)牙適配器是最好的解決方案。

(2)Class 2

Class 2輸出功率為0.25mW (-6dBm)~2.5mW (4dBm),功率控制可選,正常情況下1mW(0dBm)支持10m傳輸距離,只要發(fā)射功率能超過(guò)0dBm就是屬于Class 2的范圍,但是如果超過(guò)4dBm的話,那就是Class 1。

現(xiàn)在市面上常見(jiàn)的藍(lán)牙設(shè)備大多是功耗Class 2,多用于手機(jī)內(nèi)、藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙Dongle 的個(gè)人通訊產(chǎn)品上,耗電量和體積較小,同時(shí)方便攜帶。

(3)Class 3

Class 3輸出功率為≤ 1mW (0dBm),支持1m傳輸距離。輸出功率最低,Class 3類(lèi)設(shè)備由于其覆蓋距離非常有限,所以不常見(jiàn)。

2.6按照支持的溫度分

(1)商業(yè)級(jí)

溫度范圍約為0℃~70℃。一般用在普通的民用產(chǎn)品中,在生活中較為常見(jiàn)且價(jià)格較低便宜。適用于環(huán)境條件(如溫度、EMC機(jī)械應(yīng)力)處于輕度至中等水平的消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用。如各種消費(fèi)類(lèi)的電子產(chǎn)品,智能家電,娛樂(lè)設(shè)備、移動(dòng)計(jì)算、相機(jī)、顯示器、路由器和測(cè)試設(shè)備等。

(2)工業(yè)級(jí)

溫度范圍約為-40℃~85℃。一般用在工業(yè)環(huán)境中,同時(shí)也能夠在環(huán)境不太好的室外或者有干擾的情況下運(yùn)行。與商業(yè)級(jí)產(chǎn)品相比,工業(yè)級(jí)產(chǎn)品可以承受更極端的環(huán)境,適合、預(yù)期或要求用于工業(yè)用途的類(lèi)型或質(zhì)量,例如在運(yùn)輸、工廠自動(dòng)化、高沖擊和振動(dòng)的環(huán)境。

(3)汽車(chē)級(jí)

溫度范圍約為-40℃~125℃。一般用在車(chē)載或惡劣環(huán)境中,由于汽車(chē)在啟動(dòng)過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生很高的熱量,因此在高溫方面,會(huì)比工業(yè)級(jí)高一些,在價(jià)格上也會(huì)比工業(yè)級(jí)貴一些,其可能會(huì)受到高水平的EMI、碰撞、沖擊和振動(dòng)以及極端溫度的影響。因此該類(lèi)型產(chǎn)品專(zhuān)為汽車(chē)、交通運(yùn)輸和其它關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用而設(shè)計(jì),符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)規(guī)范。

(4)軍工級(jí)

溫度范圍約為-55℃~150℃。一般用在軍方的設(shè)備中,因此對(duì)其要求也是最嚴(yán)格的,主要使用在導(dǎo)彈、飛機(jī)、坦克、航母等軍工領(lǐng)域,檔次是最先進(jìn)的,精密度高,工藝先進(jìn)同時(shí)價(jià)格也很昂貴,軍工級(jí)一般要比工業(yè)級(jí)領(lǐng)先數(shù)年時(shí)間。

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奇跡物聯(lián)的業(yè)務(wù)服務(wù)范圍:基于自研的NB-IoT、Cat1、Cat4等物聯(lián)網(wǎng)模組,為客戶物聯(lián)網(wǎng)ODM/OEM解決方案服務(wù)。我們的研發(fā)技術(shù)中心在石家莊,PCBA生產(chǎn)基地分布在深圳、石家莊、北京三個(gè)工廠,滿足不同區(qū)域&不同量產(chǎn)規(guī)模&不同產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段的生產(chǎn)制造任務(wù)。跟傳統(tǒng)PCBA工廠最大的區(qū)別是我們只服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)客戶。

連接我們,和10000+物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)者一起 降低技術(shù)和成本門(mén)檻

讓蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更簡(jiǎn)單~~

哈哈你終于滑到最重要的模塊了,

千萬(wàn)不!要!劃!走!忍住沖動(dòng)!~

歡迎加入飛書(shū)“開(kāi)源技術(shù)交流”,隨時(shí)找到我們哦~

點(diǎn)擊鏈接如何加入奇跡物聯(lián)技術(shù)話題群(https://rckrv97mzx.feishu.cn/docx/Xskpd1cFQo7hu9x5EuicbsjTnTf)可以獲取加入技術(shù)話題群攻略

Hey 物聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者,

你是否有了解過(guò)奇跡物聯(lián)的官方公眾號(hào)“eSIM物聯(lián)工場(chǎng)”呢?

這里是奇跡物聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)開(kāi)源wiki主陣地,歡迎關(guān)注公眾號(hào),不迷路~

及時(shí)獲得最新物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)沉淀發(fā)布

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審核編輯 黃宇

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