将蓝牙低功耗技术用于新的应用程序中

在过去十年中，经典蓝牙技术成功地减少了耳机，计算机鼠标，键盘以及工业和医疗串行和以太网电缆中的电线使用。现在，它正在向市场推出一种新的更小尺寸的蓝牙技术，该技术针对智能手机配件，互联网连接设备以及工业和医疗行业中使用的小型设备。这项新技术名为蓝牙低能耗技术。

蓝牙低功耗技术是否只是另一种无线技术？在许多方面，答案是肯定的。但是，超低功耗，几个新功能的独特组合以及蓝牙低能耗技术将集成到大多数手持设备中的事实使得该技术特别适合于一些新的和强大的应用程序。微软和苹果都宣布蓝牙低功耗技术将集成到其操作系统的下一个版本中。

蓝牙SIG预测蓝牙低能耗技术将在短短几年内在数十亿产品中实施：

手机配件》 10亿

智能能源（计数器和显示器） ~1亿

家庭自动化》 5亿

健康，健康，运动和健康健身》 10亿

辅助生活》 50亿

动物标记〜数十亿

P2P智能交通系统》 10亿

工业自动化/M2M》 10亿

智能手机，PAD和笔记本电脑的高容量和集成确保了具有吸引力的定价和芯片组的长期可用性。

蓝牙低功耗技术特点

蓝牙低功耗技术是蓝牙核心规范4.0（蓝牙v4.0）的标志性功能，并继承了经典蓝牙技术的多项技术特性。继承特征的示例包括具有自适应跳频（AFH）的蓝牙无线电以及逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）接口。这种继承使得该技术在恶劣环境中非常容易设置，稳健可靠。

然而，在其他领域，它是一项全新的技术。例如，该技术具有非常高效的发现和连接设置，短封装和小型设备的非对称设计。

最低功耗

从物理设计到用户场景的所有设计都旨在将功耗降至最低。为了将功耗降至最低，蓝牙低功耗设备在大多数时间保持睡眠模式。当事件发生时，设备唤醒并将短消息传送到网关，PC或智能手机。最大/峰值功耗小于15 mA，平均功耗约为1μA。换句话说，功耗降低到Classic Bluetooth能耗的十分之一。因此，纽扣电池CR2032可以使用5 - 10年。

具有成本效益和向后兼容性

为了向经典蓝牙提供向后兼容性，同时为小型电池供电设备提供成本效益，有以下两种芯片组类型：

双模技术，包括蓝牙低功耗和经典蓝牙功能。

独立蓝牙低功耗技术，针对小型电池供电设备进行了优化，成本低，功耗低。

图1：蓝牙低功耗芯片组有两种版本。

稳健性，安全性和可靠性

蓝牙低能耗技术与经典蓝牙技术一样使用AFH技术，以便在恶劣的环境中实现强大的传输，工业和医疗应用就是这种情况。为了最大限度地降低成本和能耗，蓝牙低功耗技术将通道数量减少到40个2 MHz宽的通道，而不是经典蓝牙技术中的79个1 MHz宽通道。

图2：蓝牙低功耗技术使用40个通道而不是经典蓝牙技术的79个通道。

无线共存

多种无线技术 - 蓝牙技术，无线局域网，IEEE 802.15.4/ZigBee和各种专有无线电 - 使用免许可证的2.4 GHz工业科学医疗（ISM）频段。由于在相同的无线电空间中有如此多的技术，由于需要重传，很容易导致过度拥挤的无线电环境降低无线性能。在要求苛刻的应用中，通过频率规划和特殊天线解决方案减少了干扰。 AFH不仅使蓝牙传输稳健可靠，而且还考虑了其他无线技术的传输。

图3：37个数据通道中的三个广告通道以及九个数据通道位于无线LAN使用的通道之间。

连接范围

蓝牙低功耗技术与经典蓝牙技术的调制略有不同。这种调制差分可提供高达300米的范围和10 dBm无线芯片组。

易用性和集成

蓝牙低功耗解决方案通常基于连接到多个从站的主站。设备可以是主设备，也可以是从设备，但绝不是两者兼而有之。主设备控制允许从设备通信的频率，从设备仅通过主设备的请求进行通信。

与经典蓝牙技术相比，新的蓝牙低功耗特性是“广告”功能。设备（充当从设备）可以通过这种方式宣布它有一些东西要传输给主设备。广告消息还可以包括事件或测量值。

图4：广告客户定期发送消息，并且一旦建立连接，将始终是从属服务器。扫描仪已准备好接收广告消息和连接请求，并且一旦建立连接，它将始终是主设备。

软件结构

蓝牙低功耗技术中的所有参数都具有使用属性协议访问的状态。所有属性都表示为描述信号值，表示格式，客户端配置等的特征。例如，电池可能具有以下特征：

级别：0-100％

状态：NOT_USED，CHARGING，RECHARGE_COMPLETE，DISCHARGING，CRITICAL_REPLACE_NOW，RECHARGE_NOW

在通用属性配置文件（GATT）服务组中，功能和声明汇集在一起。在通用访问配置文件（GAP）连接中，描述了可发现，可连接和绑定等。通过这些属性，可以构建许多基本服务和配置文件。基本服务和配置文件的一些示例包括：

Proximity

查找我

时间

电池

自动化I/O

楼宇自动化（温度，温控器，湿度）

照明（开/关开关，调光器）

遥控器

健身（计步器，心跳监测器）

医疗器械（血糖仪，体积计仪器等）

用户实例

基于上述蓝牙低能耗功能，该技术非常适用于信号状态转换有用的应用。

示例1：基于挪威泵站的商用设备的远程控制器，由ABB产品运行。

基于iPhone或Android智能手机的便携式HMI设备能够从设备（PLC，照明设备，加热器等）读取/写入变量，并可替换当前使用的应用程序的独特远程控制单元各种用户应用程序。较新的智能手机提供了以前无法实现的额外机会;例如，互联网连接备件清单，用户说明，演示和报警列表，趋势曲线等。

示例2：基于IO单元的远程控制器。

两个设备之间的简单数据交换（IO传输），如PLC和IO设备/简单的HMI面板，无需人工智能。数字和模拟信号从一侧镜像到另一侧。

示例3：数据采集

蓝牙低功耗网关在特定时间间隔内读取传感器值，或者从设备在事件发生时传输传感器值（如作为具体的温度和时间间隔）。蓝牙低功耗节点可以包括用于计算和逻辑以及存储历史值的软件。

示例4：设备访问。

需要快速安全连接的用例是将移动设备（如iPhone，Android或Windows Mobile设备）用作访问特定PC或计算机的密钥。此功能还可以与接近功能结合使用，并基于无线电信号强度指示（RSSI）值，该值监视用户是否在实际机器或门附近。由于RSSI值/到设备的距离是可配置的，因此可以根据到设备的距离来接通访问。

示例5：跟我来。

Follow me是邻近功能的反向功能，可用于在设备移动距离其他设备太远时向人员或机器发出警报。

示例6：资产管理。

由于设备维护需求不断增加，对设备信息的兴趣也在增长。在蓝牙低功耗节点中，可以存储有关设备类型，运行时间，最后检查和潜在过载的信息。当操作员非常靠近设备时，可以访问该信息。

蓝牙低功耗技术是一款功能强大的“app”推动器，它将改变我们体验无线应用的方式。由于该技术几乎在所有较小的移动设备中实施，因此不再需要开发特定的手持操作设备，并且附加的数据/知识交换可能性是无限的。

关于蓝牙低能耗技术的简短事实：

经济高效的独立解决方案

多家供应商保证有吸引力的价格和长期可用性

坚固可靠

长距离可能性

与其他无线技术共存

高局部密度

快速连接

低延迟

简单的星型类型

超低功耗