如今，科技發(fā)展迅猛，各種設(shè)備讓世界變得更加智能。新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，不僅改進了現(xiàn)有技術(shù)，還創(chuàng)造了新的細(xì)分市場。藍(lán)牙技術(shù)的進步使得智能藍(lán)牙（低功耗藍(lán)牙BLE）應(yīng)運而生。按照藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）的定義，BLE是一種低功率、短距離、低數(shù)據(jù)速率的無線通信協(xié)議。BLE的分層協(xié)議棧能以低功耗高效傳輸少量數(shù)據(jù)，使其成為電池供電應(yīng)用的首選無線協(xié)議，如需要定期提取和處理數(shù)據(jù)的低功耗傳感器網(wǎng)絡(luò)接口等。本文將重點介紹如何在數(shù)據(jù)變化不頻繁的傳感器應(yīng)用中，有效地利用BLE維持低功耗無線運行。
目前，全球正進入一個各種系統(tǒng)都需要采集和交換數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時代。在傳感器以無線方式連接，形成網(wǎng)絡(luò)并實現(xiàn)設(shè)備間數(shù)據(jù)交換的物聯(lián)網(wǎng)中，BLE發(fā)揮著至關(guān)重要的角色。主機設(shè)備可以是能夠監(jiān)測和控制所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能手機。此類物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用包括日常活動追蹤以及家庭自動化功能，如高效住宅照明、溫度和濕度監(jiān)測與控制、遠(yuǎn)程控制消費類電子設(shè)備等。
低功耗藍(lán)牙的功率模式
如果傳感器采用電池供電，功耗受限且必須持續(xù)很長時間的話， BLE將成為最佳連接選擇。比如，一個測量溫度及濕度的低功耗傳感器， 其參數(shù)是緩慢變化的，此類傳感器可以與能夠處理并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C設(shè)備的BLE集成型處理器連接。BLE子系統(tǒng)的操作頻率不高，例如每百毫秒一次，而且在其他時間處于低功耗模式。賽普拉斯PSoC 4 BLE等BLE型器件可提供多用戶可配置的功耗模式，從而優(yōu)化獨立于處理器工作模式的BLE子系統(tǒng)（BLESS）的運行。使開發(fā)人員能夠降低功耗，并使單塊電池的使用壽命達(dá)到數(shù)年之久。
這五種系統(tǒng)功率模式分別為：主動、睡眠、深度睡眠、休眠和停止模式。三種BLESS功耗模式分別為主動、睡眠和深度睡眠模式。BLESS模式在系統(tǒng)功率為1.3微安的深度睡眠模式下始終啟用。BLE子系統(tǒng)可以在BLESS Active模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。它能保持空閑狀態(tài)，并在BLESS睡眠模式和深度睡眠模式下維持連接。這些功耗模式獨立于系統(tǒng)的功耗模式，因此開發(fā)人員能夠靈活地為系統(tǒng)和BLESS分別選擇最高效的配置。在此基礎(chǔ)上，我們可以建立一個電流需求極低、通常由紐扣電池供電的完整系統(tǒng)。
例如，1秒廣播間隔的平均耗電量只有26微安。而1秒連接間隔的平均耗電量更低，只有17微安。更多有關(guān)功耗數(shù)值的詳細(xì)信息以及如何配置和降低功耗，參見低功耗藍(lán)牙應(yīng)用的低功率設(shè)計與電池壽命估算。
傳感器和低功耗藍(lán)牙
傳感器可以大致分為模擬和數(shù)字兩種。典型的模擬傳感器包括用于監(jiān)測煙霧、氣體、環(huán)境光線、人員感應(yīng)等的傳感器。數(shù)字傳感器包括監(jiān)測溫度、濕度、壓力、加速度等的傳感器。當(dāng)BLE子系統(tǒng)與應(yīng)用處理器集成時，傳感器可以采用多種不同的方式進行連接。例如，可以將模擬傳感器饋送到前端具有電壓輸出器的SAR ADC。數(shù)字傳感器無需進行模擬轉(zhuǎn)換，因此可以通過任何通信接口（如I2C、SPI或單線接口）采集數(shù)據(jù)。集成的定時器、計數(shù)器、脈寬調(diào)制器和通用數(shù)字模塊（UDB）均可用于實現(xiàn)自定義邏輯以進一步處理傳感器數(shù)據(jù)。最終，經(jīng)處理或所接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以通過BLE接口發(fā)送，并由內(nèi)置BLE功能的手機或任何其他客戶端設(shè)備進行監(jiān)測。隨著資源可用性和成本的不斷變化，可選擇不同系列的BLE集成處理器（如PSoC 4 BLE）以適應(yīng)各種應(yīng)用。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常作為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和樞紐網(wǎng)絡(luò)（見圖1）。樞紐網(wǎng)絡(luò)包括可以放置在相同位置的所有傳感器。每個傳感器需要連接到單個BLE外圍設(shè)備（服務(wù)器）來處理數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到BLE中央設(shè)備（客戶端）。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)采用可以遠(yuǎn)程定位傳感器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)格中的每個節(jié)點都需要連接到BLE外圍設(shè)備（服務(wù)器），所有這些外圍設(shè)備都可以連接到BLE中央設(shè)備（客戶端）。
圖1：傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中樞網(wǎng)絡(luò) 樞紐網(wǎng)絡(luò)
內(nèi)置BLE功能的處理器的靈活性和豐富資源，使傳感器能夠與單一BLE設(shè)備連接。圖2是使用PSoC Creator的典型配置。PSoC Creator是一個用于圍繞PSoC架構(gòu)開發(fā)應(yīng)用程序的IDE。圖中顯示的是模擬和數(shù)字傳感器接口以及BLE子系統(tǒng)。該配置展示的是用于感測煙霧、光照強度、溫度、濕度和壓力的典型工業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。配置中的每個組件都有一個關(guān)聯(lián)的應(yīng)用程序編程接口（API），開發(fā)人員可根據(jù)需要訪問這些組件。每個組件還有一個與其相關(guān)的數(shù)據(jù)表對組件的可用配置進行說明。