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无需再寻找,用蓝牙智能标签快速定位物品

2017-03-09
关键词: 智能标签 蓝牙

 接近标签(Proximity tag)逐渐成为蓝牙智能技术低功耗特性的流行应用,使用者可以在贵重物品或易丢失物品加 一个标签(tag),然后使用应用程序跟踪该标签。

目前已涌现出许多提供此类应用程序的公司,蓝牙智 能技术的基础实施会极大地影响用户体验,并决定哪些初创 企业能够活下来。

对曾经费力到处寻找钥匙、钱包甚至孩子的人来说, 来自Tile、Protag、TrackR、Hippih、Pally和Audiovox等公司 的跟踪装置及相关应用程序实在是个福音。

这些标签支持30米(100英尺)的感应距离,能附加于 任何移动或易于遗落的人或物品,并以智能手机上预设的提 示声音(震动、铃声或定制铃声)提醒用户,该人或物品已 超出距离范围。

这 些 设 计 还 因 标 签 自 带 的 蜂 鸣 器 ( 通 常 为 5 0 d B ~ 8 0 dB)的响度、价格、准确性、响应时间、雷达能力、地理 围栏、众包/搜寻特性(通常基于服务器)、尺寸和外形、 所支持的平台(iOS、安卓)以及电池寿命等因素而异。电 池寿命为6至12个月,有些设计可以使用充电电池。

众包/搜寻功能特别吸引人,因为社区用户数量越大, 则找到标签设备的机会就越大,比如在遗落于公园、餐馆或 海滩的情况下。

一般大小为1英寸×1英寸的装置,能够包含以上提到 的所有无线特性,同时电池能够使用6~12个月,这都归功于 蓝牙智能技术,蓝牙智能(Bluetooth Smart)亦称低功耗蓝 牙(Bluetooth Low Energy),是所有这些装置共有的基础无 线通信技术。

 

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本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201702/344189.htm

图1 与经典蓝牙相比,蓝牙智能具有明显更少的电流消耗、更短的延时 和明显更低的平均功耗,因为其在大多数时间处于睡眠模式

1 为什么使用蓝牙智能

早在1994年蓝牙技术就以多种形式存在了。它由爱立 信提出,目的是为各种装置提供低功耗的连接方式,,如键 盘和鼠标,它很快应用到人机接口设备(HID)以及音频。 后来,免提移动电话成为一项重要应用。

蓝牙智能真正火起来,是在解决功耗问题且低功耗蓝 牙(BLE)在2010年成为蓝牙4.0规范的一部分之后,苹果公 司在2011年将其用于iPhone 4S。

蓝牙智能与经典蓝牙(蓝牙4.0之前的版本)有许多重 要不同,使其成为低功耗近接标签应用很好的一种选择。

经典蓝牙无线电的典型电流消耗通常约为4 0 m A ( 3

V),但最低等级蓝牙无线电发射功率0 dBm输出,且电流 消耗低于5 mA(3 V),同时在许多环境中仍然可提供长达

50米的感应距离。

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图2 Dialog半导体公司的DA14580集成了一个蓝牙智能无线电、一个 ARM® Cortex™-M0应用处理器和智能电源管理功能。

在某些应用中,蓝牙智能的平均功耗可能只有经典蓝 牙的百分之一,这是因为蓝牙智能设备大部分时间内处于睡 眠模式。唤醒时间只有6毫秒,相比之下经典蓝牙需要100毫 秒。蓝牙智能设备能在3毫秒内发送加密数据,而经典蓝牙 最长需要1秒种。蓝牙智能为数据提供128位的银行级(AES-128)安全性保护。

蓝牙智能实际上分为两种功能:蓝牙智能(Bluetooth Smart)和蓝牙智能就绪(Bluetooth Smart Ready),唯一差 别是“Ready”是指主控制器设备(无论是智能手机还是电 视)需要的特性。

蓝牙智能无线技术已应用在电池独立供电的独立设备 中,广泛用于各种应用,例如向进入距离范围的购物者播放 广告信息、机器人跟踪器、健康设备。蓝牙智能也适用于近 接标签应用,这种应用需要靠一枚钮扣电池就运行长达一年 时间。

2 不同的蓝牙智能实现方法导致的结果不一样 尽管蓝牙智能可以实现节能,但具体的技术实现方法 对系统能耗和电池寿命有很大影响。选择作为近接标签核心 部件的蓝牙智能无线电系统级芯片(SoC)的主要标准有: 峰值电流消耗、能耗(考虑应用的要求)、接收器灵敏度

(标签需要接收来自智能手机的信号,以便知道其是否在距 离范围之外)、以及在运行时只需使用一个小电池(通常为 钮扣电池)以实现尺寸最小化的能力。

在实际应用中,电池寿命还取决于信号传输间隔时间

(标签发射信号的频率),所以当比较设备数据时,重要的 是要确保得出这些数据的工作条件相同,或者非常相似。为了更详细地了解标签工作时的能耗情况,设计工程师需要确

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图3 基于DA14580的SmartTag参考设计具有典型的近接标签外形,并附带电 路原理图、布 线信息、用户 手册、测试报告 、源代码以及 SmartTags应用源代码

定每次发射/接收操作的电量消耗和所需时间。这些参数包 括:

• 发射间隔时间和每次发射消耗的电量;

• 冷启动到第一次发射前需要的时间和消耗的电量;

• 常规使用的三个发射信道所需的时间、峰值电流和消 耗的电量。

另外,还需要考虑可执行蓝牙智能应用程序的SoC中应 用代码的处理器资源。如果有可能实现无需使用外部微控制 器的全托管式解决方案,则还能节省设计时间、成本和电路 板空间。

在选择蓝牙智能无线电时,有时会被忽视一些重要考 虑事项功能集成将决定需要多少外围元件来创建信标。需要 的元件越少,设计工作量就越小,最终产品的成本就越低。 更少的元件还意味着能制造更小更可靠的产品。若蓝牙智能 厂商能提供参考设计和经过验证的软件,那么还可进一步减 少设计工作量。

3 介绍一种蓝牙智能近接标签参考设计

一个优秀的参考设计建立在可靠的SoC之上。Dialog半 导体公司的DA14580 “SmartBond” SoC集成了一个蓝牙智 能无线电、一个ARM® Cortex™-M0应用处理器以及智能电源 管理功能。可以通过多达32个GPIO(图2)来访问处理器和 片上数字和模拟外设。

为帮助近接标签设计工程师快速开展设计工作,该SoC 附带了SmartTag参考设计(图3)。该参考设计提供了所有 需要的功能,包括LED和蜂鸣器,用以提供可视和可听信 号链路丢失或find-me警报,以及用以消除警报的按钮。该参考设计还支持软件在 线升级( OTA ) 。


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