BLE的分層協議棧能以低功耗高效傳輸少量數據，使其成為電池供電應用的首選無線協議，如需要定期提取和處理數據的低功耗傳感器網絡接口等。本文將重點介紹如何在數據變化不頻繁的傳感器應用中，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係統都需要采集和交換數據的物聯網（IoT）時代。在傳感器以無線方式連接，形成網絡並實現設備間數據交換的物聯網中，BLE發揮著至關重要的角色。主機設備可以是能夠監測和控製所有網絡節點的智能手機。此類物聯網（IoT）應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

、溫度和濕度監測與控製
、遠程控製消費類電子設備等。

 

 

如果傳感器采用電池供電，功耗受限且必須持續很長時間的話
， 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
， 其參數是緩慢變化的
，此類傳感器可以與能夠處理並將數據傳輸到主機設備的BLE集成型處理器連接。BLE子係統的操作頻率不高，例如每百毫秒一次
，而且在其他時間處於低功耗模式。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

，從而優化獨立於處理器工作模式的BLE子係統（BLESS）的運行。使開發人員能夠降低功耗，並使單塊電池的使用壽命達到數年之久。

 

這五種係統功率模式分別為：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模式在係統功率為1.3微安的深度睡眠模式下始終啟用。BLE子係統可以在BLESS Active模式下發送和接收數據。它能保持空閑狀態
，並在BLESS睡眠模式和深度睡眠模式下維持連接。這些功耗模式獨立於係統的功耗模式，因此開發人員能夠靈活地為係統和BLESS分別選擇最高效的配置。在此基礎上，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係統。

 

例如，1秒廣播間隔的平均耗電量隻有26微安。而1秒連接間隔的平均耗電量更低
，隻有17微安。

 

傳感器和低功耗藍牙

 

傳感器可以大致分為模擬和數字兩種。典型的模擬傳感器包括用於監測煙霧
、氣體、環境光線、人員感應等的傳感器。數字傳感器包括監測溫度、濕度

、壓力、加速度等的傳感器。當BLE子係統與應用處理器集成時


，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。數字傳感器無需進行模擬轉換，因此可以通過任何通信接口（如I2C、SPI或單線接口）采集數據。集成的定時器、計數器、脈寬調製器和通用數字模塊（UDB）均可用於實現自定義邏輯以進一步處理傳感器數據。最終，經處理或所接收的數字數據可以通過BLE接口發送，並由內置BLE功能的手機或任何其他客戶端設備進行監測。隨著資源可用性和成本的不斷變化，可選擇不同係列的BLE集成處理器（如PSoC 4 BLE）以適應各種應用。

 

無線傳感器網絡

 

無線傳感器網絡通常作為網狀網絡和樞紐網絡（見圖1）。樞紐網絡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外圍設備（服務器）來處理數據並將其發送到BLE中央設備（客戶端）。網狀網絡采用可以遠程定位傳感器的拓撲結構。網格中的每個節點都需要連接到BLE外圍設備（服務器），所有這些外圍設備都可以連接到BLE中央設備（客戶端）。

 

圖1：傳感器網絡拓撲結構

 

 

網狀網絡中樞網絡                                         樞紐網絡

 

內置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設備連接。圖2是使用PSoC Creator的典型配置。PSoC Creator是一個用於圍繞PSoC架構開發應用程序的IDE。圖中顯示的是模擬和數字傳感器接口以及BLE子係統。該配置展示的是用於感測煙霧、光照強度
、溫度、濕度和壓力的典型工業數據監測係統。配置中的每個組件都有一個關聯的應用程序編程接口（API）
，開發人員可根據需要訪問這些組件。每個組件還有一個與其相關的數據表對組件的可用配置進行說明。

 

圖2：PSoC Creator項目 – 包含所有必要組件的頂級設計

 

 

BLE組件在其GAP層中被配置為從設備。這使任何BLE設備（如BLE手機）都可以掃描此設備，在BLE從設備包含其名稱廣播時被BLE手機連接。此外，在其GATT層中，BLE設備被配置為具有自定義配置文件的GATT服務器。下麵將討論BLE低功耗特性在該組件內啟用。名為“Sensor Service”的單一服務具有5種不同的特性
，用於采集每個傳感器的數據。每個特性都具有通知功能
，可以將傳感器數據作為通知發送。

 

BLE中的一切都作為“-活動”處理。BLE堆棧提供處理這些事件的“定義”。以下代碼片段展示了其中一部分活動的運行。

 

CyBle_Start（AppCallBack）;

void AppCallBack（uint32 event
， void* eventParam）

{

CYBLE_API_RESULT_T apiResult;

switch （event）

{

case CYBLE_EVT_STACK_ON： /* This event is received when the component is Started */

/* Enter into discoverable mode so that remote device can search it. */

apiResult = CyBle_GappStartAdvertisement（CYBLE_ADVERTISING_FAST）;

if（apiResult ！= CYBLE_ERROR_OK）

{

/* Error */

}

break;

case CYBLE_EVT_GAPP_ADVERTISEMENT_START_STOP：

if（CYBLE_STATE_DISCONNECTED == CyBle_GetState（））

{

CySysPmHibernate（）; /* Enter Hibernate Mode for Low Current */

}

break;

case CYBLE_EVT_GAP_DEVICE_CONNECTED：

break;

case CYBLE_EVT_GAP_DEVICE_DISCONNECTED：

/* Put the device into discoverable mode so that a remote can search it. */

apiResult = CyBle_GappStartAdvertisement（CYBLE_ADVERTISING_FAST）;

if（apiResult ！= CYBLE_ERROR_OK）

{

/* Error */

}

break;

/* GATT Events */

case CYBLE_EVT_GATT_CONNECT_IND：

break;

case CYBLE_EVT_GATT_DISCONNECT_IND：

break;

}

}

 

圖3：BLE組件配置

 

一旦兩個設備實現連接，就能使用連接間隔不同的通知發送數據。應用程序接口“CyBle_ProcessEvents（）”應置於while（1）循環中
，且必須在每個連接間隔中至少調用一次。我們也可以調用在同一while循環中將數據作為通知發送的函數。以下函數可用於將溫度數據的一個字節作為通知發送。這也適用於其他傳感器特性。

 

voidSendTempNotification（uint8TempData）

{

CYBLE_API_RESULT_T bleApiResult;

CYBLE_GATTS_HANDLE_VALUE_NTF_T TempHandle;

TempHandle.value.val = &TempData;

TempHandle.value.len = 1;

TempHandle.attrHandle = CYBLE_SENSORSERVICE_TEMPERATURE_CHAR_HANDLE;

do

{

bleApiResult = CyBle_GattsNotification（cyBle_connHandle， &TempHandle）;

CyBle_ProcessEvents（）;

}while（（CYBLE_ERROR_OK ！= bleApiResult） && （CYBLE_STATE_CONNECTED == cyBle_state））;

}

 

如上文所述，處理器和BLE子係統（BLESS）具有獨立的低功率模式。舉個例子 ，如果設備斷開連接，我們可以將處理器設置為休眠或停止模式以降低功耗。在廣播和連接間隔之間，我們可以利用BLESS深度睡眠模式
，甚至連所使用的各個組件（如ADC

、I2C等）也ye可ke以yi進jin入ru各ge自zi的de低di功gong率lv模mo式shi並bing在zai需xu要yao時shi喚huan醒xing。因yin此ci

，開kai發fa人ren員yuan能neng夠gou根gen據ju整zheng個ge係xi統tong的de實shi際ji需xu要yao，對dui功gong率lv進jin行xing非fei常chang細xi致zhi的de控kong製zhi。有you關guan詳xiang細xi的de低di功gong率lv代dai碼ma片pian段duan，請qing參can見jian低di功gong耗hao藍lan牙ya應ying用yong的de低di功gong率lv設she計ji與yu電dian池chi壽shou命ming估gu算suan。

 

while（1） 循環如下：

 

while（1）

{

/* Process all the generated events. */

CyBle_ProcessEvents（）;

/* To achieve low power in the device */

LowPowerImplementation（）;

/***********************************************************************

* Wait for connection established with Central device

***********************************************************************/

if（CyBle_GetState（） == CYBLE_STATE_CONNECTED）

{

CyBle_ProcessEvents（）;

SendTempNotification（Temperature）;

}

}

 

目前具有BLE功能的手機可以掃描這一傳感器網絡設備
，並使用各種特性來監視每個傳感器的數據。一些處理器製造商還提供手機端的BLE連接軟件。例如，賽普拉斯提供了一個名為CySmart的應用程序

，該應用程序可以安裝在您的安卓或Apple設備上

，並協助您監控BLE傳輸。

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