原创物联网系统中常用的低功耗自组网无线传输方案（二）_蓝牙模块篇

 2024-10-9 15:17  306 0 分类: 物联网

物联网系统中为什么要使用BLE蓝牙模块

物联网系统中使用BLE蓝牙模块的原因主要有以下几点：

低功耗特性

延长设备续航：BLE（Bluetooth Low Energy）蓝牙模块的主要优势在于其低功耗设计。它通过减少无线电的唤醒时间、缩短连接时间、使用较小的数据包以及在不活跃时进入睡眠模式等方式，极大地降低了能耗，从而延长了物联网设备的续航时间。这对于需要长时间运行而无需频繁充电或更换电池的设备尤为重要。
优化编码与协议：BLE支持高效率的编码方式，能够用更少的时间发送同等数量的数据，同时使用较短的启动时间和占用较少的资源，进一步降低了功耗。

广泛的兼容性和互操作性

多平台支持：BLE蓝牙模块得到了主设备制造商的广泛采用，如安卓、iOS、Windows 10、Linux等主流操作系统均原生支持BLE低功耗蓝牙。这使得物联网设备能够与市场上绝大多数的智能设备进行连接和通信。
标准化协议：BLE作为一个标准协议，确保了不同厂商生产的设备之间的互操作性，为物联网系统的构建提供了便利。

可靠的连接和数据传输

稳定连接：BLE提供了可靠的连接性能，确保了数据的完整性和实时性，减少了数据丢失的可能性。这对于需要连续数据传输的物联网应用来说至关重要。
高效数据传输：BLE允许设备之间进行快速且频繁的数据交换，这对于需要实时监控的应用来说尤为重要。例如，在生产线上的即时故障检测和预防性维护等领域，实时数据采集能够帮助提高生产效率并减少停机时间。

成本效益

低成本部署：BLE模块通常体积小且易于集成，可以以相对较低的成本部署到各种物联网设备中。这使得物联网系统的建设和扩展变得更加经济高效。

灵活性和可扩展性

与其他技术集成：BLE技术可以轻松地与其他无线技术（如Wi-Fi、Zigbee等）集成，形成混合型网络，从而增强了物联网系统的灵活性和可扩展性。这意味着可以根据特定的需求定制数据采集系统，同时保持与现有基础设施的兼容性。

广泛的应用场景

物联网应用：BLE蓝牙模块在物联网中的应用非常广泛，包括智能门锁、汽车电子、设备等多个领域。这些应用场景充分展示了BLE蓝牙模块在物联网系统中的重要性和价值。其他场景还包括：
智能家居：如智能灯泡、智能插座、智能门锁等，通过BLE模块实现手机APP控制。
智能穿戴：如智能手表、智能手环等，通过BLE模块与手机进行数据同步和交互。
医疗设备：如心率监测器、血压计等，通过BLE模块将数据传输到手机或云端进行分析和管理。
资产管理：如RFID标签、资产跟踪器等，通过BLE模块实现资产的实时监控和追踪。
工业控制：如传感器网络、工业自动化设备等，通过BLE模块实现数据的采集和传输。

综上所述，物联网系统中使用BLE蓝牙模块是出于其低功耗、广泛兼容性、可靠连接、成本效益、灵活性和可扩展性等多方面考虑。这些优势使得BLE蓝牙模块成为物联网系统中不可或缺的重要组成部分。

本文会再为大家详解蓝牙模块家族中的一员——BLE蓝牙模块。

BLE蓝牙模块的定义

BLE蓝牙模块，全称为Bluetooth Low Energy模块，是指支持蓝牙协议4.0或更高版本的无线通信模块。它最大的特点是成本和功耗的降低，特别适用于实时性要求较高但数据速率相对较低的产品，如遥控类设备（鼠标、键盘）、传感设备（心跳带、血压计、温度传感器）等。BLE蓝牙模块因其低功耗特性，在物联网领域成为了一项重要的技术，为大量设备提供了长时间的运行能力。

原理

BLE蓝牙模块的实现原理主要基于BLE技术，旨在通过智能手段最大限度地降低功耗，同时实现无线通信。BLE通过多种方式实现低功耗，包括减少无线电的唤醒时间、缩短连接时间、使用较小的数据包等。BLE协议栈是连接芯片和应用的桥梁，主要由物理层（PHY）、链路层（LL）、通用访问配置文件（GAP）等组成，负责数据的调制解调、射频通道选择、数据包识别、数据完整性保证等任务。

分类

BLE蓝牙模块按照蓝牙标准的不同，大致可以分为BLE4.0模块、BLE4.2模块、BLE5.0模块等。其中，BLE5.0模块在传输速度、连接数量、广播容量等方面较之前版本有所提升，并支持蓝牙Mesh技术，能够实现多对多的设备通信。

选型参数

在BLE蓝牙模块选型时，需要考虑以下参数：

蓝牙版本：如BLE4.0、BLE4.2、BLE5.0等，不同版本在传输速度、连接数量、广播容量等方面有所不同。
供电方式：包括电池供电、USB供电等，需要根据设备的使用场景和需求进行选择。
尺寸和重量：对于便携式设备来说，模块的尺寸和重量是重要的考虑因素。
接收灵敏度和发射功率：影响模块的通信距离和稳定性。
Flash和RAM：决定模块的数据存储和处理能力。
功耗：包括广播、连续传输、深度睡眠、待机状态等不同状态下的功耗值。
连接距离：根据实际需求选择适合的通信距离。
接口：包括UART、SPI、GPIO等，需要根据设备的硬件接口进行选择。

使用注意事项

数据发送速度：BLE模块的数据发送速度会因距离的增加而衰减，且以轮询连接的形式发送数据，因此在多连接情况下建议增加数据包之间的延时。
抗干扰性：如果发现BLE模块与2.4G无线模块相互干扰，建议错开它们的频率。
二次开发支持：BLE蓝牙模块一般支持二次开发，需要根据实际需求进行软件设计和调试。
兼容性测试：在将BLE模块集成到设备中之前，需要进行充分的兼容性测试，以确保设备能够稳定地与其他蓝牙设备进行通信。

厂商

BLE蓝牙模块的厂商众多，包括但不限于Nordic Semiconductor、Texas Instruments（TI）、STMicroelectronics、Dialog Semiconductor等。这些厂商提供的BLE蓝牙模块在性能、功耗、成本等方面各有优势，用户可以根据实际需求选择合适的厂商和产品。需要注意的是，在选择厂商时，除了考虑产品的性能和质量外，还需要关注厂商的技术支持、售后服务等因素。

供应商A：亿佰特

1、产品能力

（1）选型手册（芯片方案：nRF52832）