如何选择物联网蓝牙方案？

作者：Doctor M

自第一版蓝牙通信标准——蓝牙1.0标准于1999年发布以来，至今蓝牙标准的更新已经持续了二十多 年。同样是在1999年，物联网一词正式由麻省理工学院自动识别实验室的负责人凯文·阿什顿提出。

时至今日，蓝牙已经成为物联网领域重要的短距离无线通信技术。同时，在物联网庞大需求的带动 下，全球蓝牙设备出货量在逐年递增。根据蓝牙技术联盟发布的《2021年蓝牙市场最新资讯》，至 2025年全球蓝牙设备出货量将超过60亿台，2021年-2025年的年复合增长率达到10%。

图1：全球蓝牙设备出货量统计（图源：蓝牙技术联盟）

蓝牙在物联网中扮演重要角色

当前，我们已经在基于性能出色的蓝牙5.2标准打造产品，但业者都知道，从蓝牙1.0到今天的蓝牙 5.2，中间有漫长的技术演化过程，通过图2我们先来简单回顾一下这段技术发展历程。

图2：蓝牙技术发展简史

作为一种开放性的全球规范，蓝牙技术通过一代又一代的迭代已经形成自身独特的技术优势，包括低 功耗、低延迟、低成本，以及数据和声音传输可同时管理等，在多个物联网应用中形成了产业规模。

首先，蓝牙已经成为支持智能手机、笔记本电脑和平板电脑点对点连接的主要途径和标准配置，包括 信息交互和外部设备连接。在信息交互方面，消费者可以通过手机轻松完成手机对手机文件传输、手 机对汽车影音控制等应用；在外部设备连接方面，笔记本电脑和平板电脑的许多外部无线设备都是基 于蓝牙打造，包括键盘、鼠标、打印机和耳机等。

其次，蓝牙已经成为可穿戴设备重要的连接手段，打造出TWS无线耳机和智能手表两大当红终端，更 是助力医疗可穿戴设备高速发展。

TWS无线耳机近两年的爆红让无线音频成为仅次于智能手机的热门终端，并持续释放巨大的市场潜 力。根据国际调研机构Strategy Analytics的数据统计，2020年全球TWS耳机出货量暴涨近90%，达 到3亿部。在当前的可穿戴市场，包括TWS耳机在内的耳戴设备是份额最大的，占比达到59.14%，智 能手表紧随其后，份额达到23.08%，同样有超过9,000万块的出货量。

从出货量上来看，目前的医疗可穿戴还不能和消费电子相比，但未来拥有巨大的增长空间。根据市场 研究公司IDTechEx的数据预测，2025年全球可穿戴设备市场将突破700亿美元，带有医疗、健身和 健康功能的可穿戴设备将取代耳戴设备，成为新的主导市场。

并且，得益于Mesh组网、低功耗和高速传输等方面的优势，蓝牙在工业物联网中的地位也显著提 升，借助纽扣电池就能够帮助工业领域打造长续航、低成本、抗干扰、多连接、高安全性的物联网应 用。目前很多工厂的智能化升级都选择将蓝牙作为基本的网络支撑，来打造下一代智能工业设施建 设。

此外，蓝牙位置服务也具有很大的市场潜力，尤其是在资产跟踪和室内定位领域，有望成长为典型 的、具有代表性的物联网应用领域。就以室内定位而言，在医院、超市或工厂等场景中，基于蓝牙的位 置服务使患者、消费者或者工人能够通过客户端快速找准功能区、商品或者设备的位置，极大地提升 系统运转的效率。

如何选择物联网蓝牙方案？

通过上面的介绍不难看出，目前蓝牙在消费、医疗、工业、商业楼宇等物联网场景下已经形成了多点 开花的局面。不过，当我们选择基于蓝牙打造自己的物联网应用时，单纯只有一颗蓝牙芯片是远远不 够的，我们还需要为完整的方案配置其他的硬件资源。接下来，我们就来看一下该如何选择适合自己 的物联网蓝牙方案？

蓝牙5.2和蓝牙测向

蓝牙能够适用于如此多的应用，一个重要的原因在于功耗，与之相关的便是设备的续航问题。从特征 参数来看，BLE相较于经典蓝牙传输距离更远，能够支持从点对点扩展到广播的应用，并支持mesh 组网，可以组建大规模的设备网络。通过图3能够看到，BLE开始通过40个通道以2MHz间隔传输数据，为开发者提供了更高的灵活性，让蓝牙技术具有更好的普适性。

图3：BLE和经典蓝牙技术对比（图源：蓝牙技术联盟）

2019年12月，蓝牙技术联盟正式对外推出新版本蓝牙核心规范（Bluetooth Core Specification) v5.2。蓝牙5.2有三大重要改进，包括LE同步信道、增强版ATT和LE功率控制。因此，蓝牙5.2将BLE 带到了更高的技术水准。

如果此刻你希望让即将量产的产品支持蓝牙5.2协议，那么贸泽电子上来自制造商Silicon Labs的 SLTB010A BG22 Thunderboard开发平台是一条捷径。这款物联网开发平台可以让批量生产的终端 设备快速支持蓝牙5.2通信协议。SLTB010A是经过优化的原型设计和开发平台，具有超低功耗、小型 化、高性价比和功能丰富等优点，是物联网应用启用蓝牙5.2的理想方案。

图4：SLTB010A BG22 Thunderboard开发平台（图源：Silicon Labs）

SLTB010A从核心器件和板子设计两个方面进行了功耗优化。在核心器件EFR32BG22C224F512IM40 无线片上系统（SoC）上，具有低活动率和睡眠电流功能的节能型无线电核心，在多个模式下拥有低 功耗优势，具体表现为：

· 76.8MHz运行时的功耗为27μA/MHz；
· 3.6mA RX电流（1Mbps GFSK）；
· 4.1mA TX电流@ 0dBm输出功率；
· 8.2mA TX电流@ 6dBm输出功率；
· 1.40μA EM2 DeepSleep电流（32kB RAM保持和从LFXO运行的RTC）；
· 1.75μA EM2 DeepSleep电流（32kB RAM保持和从精密LFRCO运行的RTC）；
· 0.17μA EM4电流。

在板子设计方面，SLTB010A板载外设电源控制，可实现超低功耗运行。通过这样的方式，在如图5所示的所有外设中都有使能信号，可用于完全关闭不使用的外设，或者将它们置于消耗极少电量的状态。

图5：SLTB010A开发平台外设（图源：Silicon Labs）

通过这样的低功耗核心和板载设计，配合蓝牙5.2本身的低功耗特性，SLTB010A可以帮助用户快速实 现可量产的基于蓝牙5.2的低功耗物联网应用。

为了更好地使用BLE技术，使设备能够确定BLE信号的方向，从而打造出蓝牙接近方案以及实现厘米 级定位精度的蓝牙定位系统，蓝牙技术联盟于2019年推出了蓝牙测向功能，通过如图6所示的到达角（AoA）方法，能够通过BLE实现实时定位，使得安装天线阵列的本地设备能够确定人或者事物的位置，在资产追踪、工人安全和运动员表现等领域有重要的应用。

图6：蓝牙测向功能（图源：蓝牙技术联盟）

SLTB010A BG22 Thunderboard开发平台拥有蓝牙5.2测向能力，让其能够支持上述几种我们提到的 定位应用。

此外，图5中就已经展示出，SLTB010A搭载多项板载控制器和环境以及运动传感器。板载控制器包括J-Link调试器、数据包跟踪接口（PTI）和Mini Simplicity连接器；环境、运动传感器包括相对湿度和温度传感器、紫外线和环境光传感器、霍尔效应传感器和6轴IMU。为了方便用户调配这些资源，SLTB010A随附与云连接智能手机应用配合使用的蓝牙演示板，用来演示如何轻松收集环境和运动传感器数据以及按钮和LED控制，进一步加快方案的开发效率。

还需要对那些在意方案体积的用户格外强调的是，除了将丰富的接口资源和传感器资源集成到板子上，SLTB010A上的集成式PA同样能够帮助用户大大减小方案体积。

基于蓝牙mesh的智能物联网系统

正如我们上面所提到的，mesh组网是基于蓝牙打造物联网系统的关键所在。蓝牙技术联盟在名为《高度可扩展和可靠的智能建筑照明控制的分散式方法》博文中提到，分散式系统将系统的智能化能力分布在多个设备上，每个设备都知道必须遵守一组通用的规则，每个相应的设备都可以理解与其自身及其周围设备相关的信息，在无需中央控制器的情况下提供了更大的灵活性。以智能建筑照明为例，通过蓝牙mesh组网的方式能够灵活地从一个房间开始打造智能照明，然后扩展到整个楼层，最终遍布整栋建筑。

如图7所示，在基于蓝牙mesh组网打造的智能照明系统中，每一个灯具都会被赋予一系列智能功能，包括日光感测、运动感测、数据采集等，因此每一个灯具又自成系统。

图7：灯具的智能系统（图源：蓝牙技术联盟）

智能照明系统是一个应用蓝牙mesh组网的典型例子，此外还包括智慧农业、安防设备、环境监测和智慧医疗等。

对于想要快速打造蓝牙mesh网络的用户，贸泽电子上来自制造商安森美 (onsemi) 的STR-RSL10- MESH-KIT-GEVK开发套件是一款多功能，易于配置的工具，可以让用户基于RSL10低功耗蓝牙5无线 电开发蓝牙低功耗网状网络应用。

图8：STR-RSL10-MESH-KIT-GEVK开发套件（图源：安森美）

综合而言，支持Strata的RSL10 Mesh平台在低功耗的前提下具有开发和部署网状网络所需的各种基 本要素，包括网状节点、网关、集成传感器和指示器。

在网状节点和网关方面，RSL10 Mesh平台提供两个RSL10网状节点和一个Strata网关节点。通过图9所示的系统框图能够看到，RSL10 Mesh平台在RSL10网状节点上配备了各种可用的智能传感器和指示器。其中智能传感器包括低压温度传感器、环境光传感器和磁性传感器；指示器包括可选的振动蜂鸣器连接器、2.3kHz音调指示器和惠斯登电桥。

图9：RSL10 Mesh平台系统框图（图源：安森美）

正如我们在介绍智能照明系统时提到的，基于RSL10 Mesh平台，用户可以快速打造具有智能功能的节点，只要通过简单的设置，就能够展示不同的功能面，适用于多种物联网系统。该平台采用RSL10网状封装，符合蓝牙SIG网状规范，具有很高的可扩展性。并且由于是基于蓝牙5低功耗技术打造，每个节点都可以使用电池供电。

在Strata网关节点，用户可以配置遥控监测，支持使用高度直观的Strata Developer Studio进行评估。在Strata网关节点的扩展方面，用户还可以借助云联接的软件实现更多网关节点的配置，并支持空中固件升级（FOTA）。

物联网+蓝牙的下一步

随着协议规范不断更新，得益于蓝牙芯片技术的高速发展，未来我们将会在更低成本的情况获取到更低功耗、更低延迟的蓝牙技术。协议规范之外，蓝牙技术显然也在丰富自己的技术维度，包括蓝牙测向和mesh组网等。最终，这些创新的技术都将在具体的物联网应用中展现价值，而贸泽电子上来自各大制造商的蓝牙开发工具无疑将加速这一进程。