剖析低功耗蓝牙无线传感器技术

如今，科技发展迅猛，各种设备让世界变得更加智能。新技术的不断出现，不仅改进了现有技术，还创造了新的细分市场。蓝牙技术的进步使得智能蓝牙(低功耗蓝牙BLE)应运而生。按照蓝牙技术联盟(SIG)的定义，BLE是一种低功率、短距离、低数据速率的无线通信协议。BLE的分层协议栈能以低功耗高效传输少量数据，使其成为电池供电应用的首选无线协议，如需要定期提取和处理数据的低功耗传感器网络接口等。本文将重点介绍如何在数据变化不频繁的传感器应用中，有效地利用BLE维持低功耗无线运行。

　　目前，全球正进入一个各种系统都需要采集和交换数据的物联网(IoT)时代。在传感器以无线方式连接，形成网络并实现设备间数据交换的物联网中，BLE发挥着至关重要的角色。主机设备可以是能够监测和控制所有网络节点的智能手机。此类物联网(IoT)应用包括日常活动追踪以及家庭自动化功能，如高效住宅照明、温度和湿度监测与控制、远程控制消费类电子设备等。

传感器和低功耗蓝牙

　　传感器可以大致分为模拟和数字两种。典型的模拟传感器包括用于监测烟雾、气体、环境光线、人员感应等的传感器。数字传感器包括监测温度、湿度、压力、加速度等的传感器。当BLE子系统与应用处理器集成时，传感器可以采用多种不同的方式进行连接。例如，可以将模拟传感器馈送到前端具有电压输出器的SAR ADC。数字传感器无需进行模拟转换，因此可以通过任何通信接口(如I2C、SPI或单线接口)采集数据。集成的定时器、计数器、脉宽调制器和通用数字模块(UDB)均可用于实现自定义逻辑以进一步处理传感器数据。最终，经处理或所接收的数字数据可以通过BLE接口发送，并由内置BLE功能的手机或任何其他客户端设备进行监测。随着资源可用性和成本的不断变化，可选择不同系列的BLE集成处理器(如PSoC 4 BLE)以适应各种应用。

无线传感器网络

　　无线传感器网络通常作为网状网络和枢纽网络(见图1)。枢纽网络包括可以放置在相同位置的所有传感器。每个传感器需要连接到单个BLE外围设备(服务器)来处理数据并将其发送到BLE中央设备(客户端)。网状网络采用可以远程定位传感器的拓扑结构。网格中的每个节点都需要连接到BLE外围设备(服务器)，所有这些外围设备都可以连接到BLE中央设备(客户端)。

内置BLE功能的处理器的灵活性和丰富资源，使传感器能够与单一BLE设备连接。图2是使用PSoC Creator的典型配置。PSoC Creator是一个用于围绕PSoC架构开发应用程序的IDE。图中显示的是模拟和数字传感器接口以及BLE子系统。该配置展示的是用于感测烟雾、光照强度、温度、湿度和压力的典型工业数据监测系统。配置中的每个组件都有一个关联的应用程序编程接口(API)，开发人员可根据需要访问这些组件。每个组件还有一个与其相关的数据表对组件的可用配置进行说明

　BLE组件在其GAP层中被配置为从设备。这使任何BLE设备(如BLE手机)都可以扫描此设备，在BLE从设备包含其名称广播时被BLE手机连接。此外，在其GATT层中，BLE设备被配置为具有自定义配置文件的GATT服务器。下面将讨论BLE低功耗特性在该组件内启用。名为“Sensor Service”的单一服务具有5种不同的特性,用于采集每个传感器的数据。每个特性都具有通知功能，可以将传感器数据作为通知发送。

　　BLE中的一切都作为“-活动”处理。BLE堆栈提供处理这些事件的“定义”。

　　一旦两个设备实现连接，就能使用连接间隔不同的通知发送数据。应用程序接口“CyBle_ProcessEvents()”应置于while(1)循环中，且必须在每个连接间隔中至少调用一次。我们也可以调用在同一while循环中将数据作为通知发送的函数。

　　如上文所述，处理器和BLE子系统(BLESS)具有独立的低功率模式。举个例子 ，如果设备断开连接，我们可以将处理器设置为休眠或停止模式以降低功耗。在广播和连接间隔之间，我们可以利用BLESS深度睡眠模式，甚至连所使用的各个组件(如ADC、I2C等)也可以进入各自的低功率模式并在需要时唤醒。因此，开发人员能够根据整个系统的实际需要，对功率进行非常细致的控制。

　　目前具有BLE功能的手机可以扫描这一传感器网络设备，并使用各种特性来监视每个传感器的数据。一些处理器制造商还提供手机端的BLE连接软件。例如，赛普拉斯提供了一个名为CySmart的应用程序，该应用程序可以安装在您的安卓或Apple设备上，并协助您监控BLE传输。

  注：本文作者为Mahesh Balan, 由Cypress公关公司供稿

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