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尝鲜蓝牙5.1,却不知从何入手?本文告诉你~

2020-01-09
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作为无线通信技术标准,蓝牙技术问世至今已整整20年。成立之初就在全球掀起一股“蓝牙”热,蓝牙特别兴趣小组(SIG)的成员数很快超过1500个。然而,由于安全性、兼容性,尤其是功耗较大等问题,蓝牙的应用一直受限。不过20年来,随着蓝牙技术的不断演进,越来越多的应用不断被人们挖掘出来。


蓝牙技术主要演进路径


2010


自2010年推出的Bluetooth 4.0增加了蓝牙低功耗(BLE)功能,极大地降低了蓝牙的功耗要求、成本和复杂性。2013年推出的蓝牙4.1与上一版本相比有四大进步,即提供无限制连接拓扑、低占空比定向广告、支持与 LTE 无缝协作以及改进的隐私保护。蓝牙4.1取消了对连接角色的限制,允许开发人员和制造商自定义蓝牙设备的重新连接间隔,为开发人员提供了更高的灵活性。此外,能够在2.4GHz ISM频段与LTE无线电信号同时传输数据,以及在功耗和隐私保护等方面的较大改进,更是打开了蓝牙技术在物联网(IoT)领域的应用之门。


2014


2014年推出的蓝牙4.2,其传输速度更加快速,比上一代提高了约2.5倍。每个可用数据包的大小从27字节大幅度增加到251字节。这降低了报头信息与有效载荷大小的比率,并通过允许更多的空中时间专用于数据传输而显著提高了吞吐量。


2016


2016年12月,Bluetooth 5.0发布了三项改变游戏规则的增强功能:速度翻番;有效传输距离是蓝牙4.2的四倍;数据容量是蓝牙4.2的八倍。并且,该版本还与早期版本保持向后兼容。


2019


2016年12月,Bluetooth 5.0发布了三项改变游戏规则的增强功能:速度翻番;有效传输距离是蓝牙4.2的四倍;2019年1月,SIG宣布在蓝牙5.1内推出一项新的寻向功能,用以提高蓝牙的定位服务性能。为了实现这一功能,蓝牙5.1提供了两种确定方向的方法,即利用到达角(Angle of Arrival,AoA)和离开角(Angle of Departure,AoD)进行寻向定位,室内定位、物品追踪、门禁、无钥开锁等应用,都将受益于该特性。ABI Research预计,因提供面向位置服务,至2022年蓝牙产品的年出货量将超过4亿数据容量是蓝牙4.2的八倍。并且,该版本还与早期版本保持向后兼容。


蓝牙5.1芯片已经“ready”



nRF52811 SoC是Nordic公司nRF52产品系列的第四代产品,是一款功能完备的无线连线解决方案,全面支持蓝牙5.1的寻向功能。该产品还提供了增强信标应用的机会,在不增加更昂贵组件的情况下实现更长的距离,是成本敏感的信标应用的理想选择。

 
nRF52811 SoC在实现蓝牙所有最新功能之外,还可以实现802.15.4、Thread和Zigbee连接。这种全面的连接性使其在智能家居的网关和路由器等应用中,成为性价比较高的一种选择。


图1,nRF52811 SoC产品
 
DA1469x是Dialog公司推出的一款最新蓝牙低功耗无线多核MCU系列,也是业界首款已量产的基于ARM Cortex M33的无线MCU。它具有软件可配置的协议引擎,并支持最新的蓝牙5.1标准,集成了先进的内置电源管理单元。同时,它也具备模拟和数字外设的独特组合,堪称业界目前最强大、最先进、独一无二的蓝牙MCU。
 
图2,DA1469x系统框图

如何快速开始你的设计?


为了让开发者能够快速基于最新的蓝牙标准进行设计,芯片厂商提供了配套的开发套件。
 
Nordic软件开发套件(SDK):借助nRF52840的开发套件NRF52840-DK、NRF52840-DONGLE,工程师可快速开启设计工作。nRF52840 DK是Nordic公司推荐的开发工具包,用以评估nRF52811,设计人员可以将其作为开发的起点,然后再迁移到自定义PCB板上。
图3,NRF52840-DK开发板
 
NRF52840-DK是一款价格合理的单板开发套件。该套件可以通过连接器访问所有I/O(48)和接口,并且有一个集成的PCB跟踪天线和一个用于直接射频测试测量的射频连接器。还有一个用于外部NFC天线的连接器(包括在套件中)。
 
表1中对比了nRF52811与nRF52系列其他产品在性能上的差异,设计人员可根据需要进行选择。
 
表1,nRF52811与nRF52系列其他产品在性能上的对比
 

DA1469X开发工具包:使用DA1469x产品系列的开发人员,可以利用Dialog的开发套件DA14695-00HQDB-P、DA14695-00HQDEVKT-P等开发很多新兴应用。其中,DA14695-00HQDEVKT可用于DA14695的软件开发和电源测量;DA14695-00HQDEVKT-P是用于DA14695软件开发的USB开发工具包。

 

图4,DA14695-00HQDEVKT开发板
 

为自己的系统选择一款合适的芯片往往会花费设计人员很多时间,在表2中我们给出了DA14691、DA14695、DA14697、DA14699各芯片主要性能对比,供大家在产品时选型参考。

 

表2,DA1469x家族各产品主要性能汇总
 

新增寻向功能拓宽蓝牙应用之门


蓝牙之所以取得惊人的成功,独特的市场定位起到关键作用。有了蓝牙技术,开发人员即可获得完整的、全堆栈的、全球可互操作的解决方案,满足各种无线连接需求。蓝牙5.0中的增强功能提高了蓝牙低能耗连接的数据速率、范围和有效负载,从而提高了速度和覆盖范围。尤其是蓝牙5.1的发布,对定位服务进行了重大升级。家庭和物联网设备将从这些升级中受益匪浅。

 

长期以来,蓝牙技术在音频、汽车、物联网以及手机、平板电脑及个人电脑等传统市场的消费类设备中扮演重要角色,它已经成为用户所期待的一项必备功能。但蓝牙的应用不仅限于这些市场,如今,蓝牙已成为智能家居、智能楼宇、智能工业和智慧城市等新兴市场的首选解决方案。可以想见,蓝牙5.1中最新的寻向定位服务,也会随之在广泛的应用中崭露头角。


 智能楼宇:位置服务将成为智能楼宇市场最主要的应用解决方案。目前,蓝牙正赋予智能楼宇更强大的位置服务,无论是导航还是空间利用,蓝牙都能助其提高运营效率并改善用户体验。而蓝牙寻向功能将助力蓝牙技术在位置服务上的采用率。
 
 智能工业:蓝牙技术正在引领工业信息的融合,为工业物联网打下基础,以进一步提升制造商的效率、产能及安全至更高级别。制造商和经销商总是希望通过资产跟踪和管理解决方案优化库存管理并提高运营效率。此外,企业级可穿戴设备日益受到青睐,扫描器、听戴设备、追踪器等企业级可穿戴设备增长势头强劲。
 
 智能家居:无论是连接电视、音箱、电脑还是键盘,多年来蓝牙技术始终是互联家居的核心。根据《2019蓝牙市场最新资讯》,智能设备已成为增长最快的家庭自动化设备类型。预计至2023年,智能照明设备出货量将增长4.5倍,且智能家电在未来五年的年复合增长率将达到59%,年设备出货量将达到5400万台,市场潜力巨大。
 
 智慧城市:蓝牙位置服务和互联设备网络将在未来持续支撑各类智慧城市的应用。机场、体育馆、医院、商场、游客中心及博物馆中的蓝牙位置服务将改变访客与智慧城市的交流方式。

蓝牙在传统市场中发挥着不可或缺的作用,并且奠定了全球认可度,巩固了其作为新消费类设备必备功能的地位。同样地,它正在全球新兴商业和工业市场中扮演着重要角色,所有预测均表明蓝牙将在未来几年内继续加速其在新兴市场中的扩展。

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