我們的家庭，辦公室和工廠幾乎沒有使用嵌入式設(shè)備，因?yàn)樗鼪]有某種形式的無線通信。當(dāng)我們開車，鍛煉自行車或監(jiān)督制造過程時(shí)，無數(shù)的設(shè)備都在我們周圍喋喋不休。不久之前，事實(shí)恰恰相反。我們家的恒溫器，汽車的音樂播放器和辦公室的自動(dòng)扶梯都是隔離的應(yīng)用程序;只是做他們需要做的工作。毫無疑問，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)及其工業(yè)形式IIoT負(fù)責(zé)連通性的激增;但這種無處不在的無線環(huán)境的基礎(chǔ)完全基于智能手機(jī)及其應(yīng)用的出現(xiàn)。

從工程角度來看，將無線電頻率連接的任何方面融入產(chǎn)品已經(jīng)走過了漫長的道路。進(jìn)行離散無線設(shè)計(jì)。對(duì)于大批量設(shè)計(jì)而言，離散無線技術(shù)的投資反映在較低的材料成本中，與選擇基于模塊的方法相比，設(shè)計(jì)和進(jìn)行必要的無線電監(jiān)管審批的可能性大于成本差異。 。當(dāng)制定新產(chǎn)品的營銷規(guī)范時(shí)，通常情況下它可以在世界上任何國家或地區(qū)使用。認(rèn)為產(chǎn)品只會(huì)用于銷售地理的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。經(jīng)過預(yù)認(rèn)證的無線模塊可滿足所有必要的無線電認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，大大簡化了創(chuàng)建區(qū)域產(chǎn)品變型的設(shè)計(jì)要求。

幫助工程師加快將無線通信集成到設(shè)計(jì)中的工作現(xiàn)在更為直接任務(wù)。 Digi-Key的IoT產(chǎn)品選擇器等資源打破了選擇合適的組件和模塊以用于開發(fā)的過程。選擇無線模塊時(shí)，第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是要使用的通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。最流行的方法是Wi-Fi和藍(lán)牙，后者是短距離，低功耗通信的默認(rèn)方法。具體而言，藍(lán)牙低功耗(BLE)配置文件似乎專門用于電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。 BLE也稱為藍(lán)牙4.0/4.2或藍(lán)牙智能，提供300英尺的范圍和高達(dá)270 kbs的數(shù)據(jù)吞吐量。除了用于各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(如傳感器和執(zhí)行器)之外，BLE還可用于醫(yī)療保健，健身，家庭娛樂和信標(biāo)應(yīng)用。用于近距離營銷和室內(nèi)導(dǎo)航目的的信標(biāo)已經(jīng)被銷售饑渴的零售組織所接受，作為向通過客戶的智能手機(jī)推銷營銷服務(wù)的一種方式。根據(jù)市場(chǎng)研究公司Research and Markets的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2016 - 2020年期間BLE在零售信標(biāo)中的使用量將增長222%。在零售之外，信標(biāo)被用來讓乘客了解他們的航班狀態(tài)以及機(jī)場(chǎng)內(nèi)的潛在延誤。

面對(duì)為他們的設(shè)計(jì)選擇BLE模塊，工程師在不是全部時(shí)應(yīng)該尋找什么功能模塊提供相同的功能?某些模塊具有無線收發(fā)器調(diào)制解調(diào)器，但依賴于主機(jī)應(yīng)用程序來運(yùn)行必要的軟件堆棧。其他人，以及越來越常見的方法，是“無主機(jī)”，由無線SoC設(shè)備組成，其中包含無線收發(fā)器和微控制器。這樣的無線SoC設(shè)備具有足夠的計(jì)算資源，不僅可以運(yùn)行協(xié)議棧，還可以運(yùn)行最終應(yīng)用程序，盡管復(fù)雜設(shè)計(jì)顯然會(huì)受到限制。在審查潛在產(chǎn)品時(shí)，將會(huì)有明顯但仍然重要的數(shù)據(jù)表規(guī)格，包括物理尺寸，功耗和外設(shè)功能。

然而，最有可能幫助加速模塊集成的因素只需查看數(shù)據(jù)表，設(shè)計(jì)并不總是顯而易見的。原型平臺(tái)(如評(píng)估套件或參考設(shè)計(jì))的可用性是一個(gè)很好的起點(diǎn)。然后是要考慮的軟件工具和堆棧。供應(yīng)商是否提供這些?他們需要許可嗎?是否需要額外的電路，如外部時(shí)鐘或天線匹配組件?此外，開發(fā)平臺(tái)是否附帶代碼示例?你能設(shè)置一個(gè)非常簡單的測(cè)試來快速建立使用該模塊的信心嗎?寫“Hello world”或閃爍LED的日子似乎已經(jīng)過時(shí)，但他們對(duì)模塊和開發(fā)環(huán)境產(chǎn)生了很大的信心，并建立了一個(gè)值得信賴的已知位置，可以從中采取下一步措施。

BLE模塊的一個(gè)例子是模塊制造商Rigado的BMD-3XX系列。

圖1：Rigado BMD-300 BLE模塊。

該模塊基于Nordic Semiconductor的nRF52832 2.4 GHz無線SoC，提供完整的RF解決方案，該解決方案已在全球所有地區(qū)進(jìn)行了預(yù)認(rèn)證。無需額外的RF設(shè)計(jì)，因?yàn)樵撃K可提供內(nèi)置天線或U.FL連接器。這兩個(gè)版本的尺寸均為14 x 9.8 x 1.9 mm。 BMD-350是一款超緊湊型變體，尺寸僅為8.7 x 6.4 x 1.5 mm，適用于極其空間受限的設(shè)計(jì)。

圖2：BMD-3XX系列模塊的框圖。

圖2突出顯示了BMD的功能框圖 - 3XX系列。 SoC具有ARM Cortex-M4F 32位內(nèi)核，帶有FPU，512 kB嵌入式閃存和64 kB RAM。外設(shè)接口包括三個(gè)SPI主/從，兩個(gè)2線I 2 C，I 2 S音頻，UART和32個(gè)GPIO。 128位AES硬件加密功能，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，32位和24位定時(shí)器以及12位ADC是其他一些功能。完善此綜合模塊的功能包括集成DC-DC轉(zhuǎn)換器，溫度傳感器，低功耗比較器和正交解調(diào)器。預(yù)加載的BMDware固件提供iBeacon和UART橋接功能，無需以任何方式對(duì)模塊進(jìn)行編程?；蛘撸梢允褂迷S多Nordic Semiconductor SoftDevice協(xié)議棧來創(chuàng)建集成的BLE應(yīng)用程序。通過使用模塊AEC-128功能的安全引導(dǎo)加載程序，可以提供加密的無線(OTA)固件更新。通過串行線調(diào)試(SWD)接口和串行線輸出(SWO)的標(biāo)準(zhǔn)ARM調(diào)試功能允許調(diào)試程序代碼，設(shè)置斷點(diǎn)和單步執(zhí)行代碼的非侵入式方法。此外，該模塊還支持ETM和ITM跟蹤數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被發(fā)送到連接到4位跟蹤端口的調(diào)試器。

集成的32 MHz晶振為無線操作提供高頻時(shí)鐘。還需要一個(gè)低頻時(shí)鐘源，這可以由內(nèi)部RC振蕩器提供，取自高頻時(shí)鐘或外部提供。選擇外部晶振有助于保持功率預(yù)算盡可能低，同時(shí)保持精度。

BMD-300系列評(píng)估套件BMD-300-EVAL如圖3所示，提供全面的原型設(shè)計(jì)和開發(fā)平臺(tái)，從中開始您的設(shè)計(jì)。這包括模塊引腳的完全突破，用于低頻時(shí)鐘的32.768 kHz晶振以及多個(gè)按鈕和LED。板載編程和調(diào)試使用Segger J-Link-OB允許通過USB接口訪問SWD/SWO。 Atmel MCU用于促進(jìn)與測(cè)試環(huán)境和模塊本身的接口。與Nordic Semiconductor自己的nRF52評(píng)估板共享很多共同意味著大多數(shù)代碼示例和設(shè)置過程也適用于BMD-300平臺(tái)。

< p>圖3：BMD-300系列評(píng)估套件。

設(shè)置和編程是一個(gè)簡單的過程，并在模塊的評(píng)估套件用戶指南中進(jìn)行了詳細(xì)說明。此過程的第一步涉及下載和安裝最新的Keil MDK-ARM開發(fā)套件，Nordic Semiconductor的nRFgo-Studio，最新的Segger J-Link實(shí)用程序以及Nordic最新的nRF5 SDK。除了所有必要的庫，驅(qū)動(dòng)程序和軟件堆棧之外，SDK還提供了一組功能齊全的代碼示例。

一旦安裝了上述所有項(xiàng)目，就可以將評(píng)估套件連接到計(jì)算機(jī)通過Segger J-Link接口。 nRFgo Studio與J-Link接口配合使用，可以完全訪問模塊的功能。使用此方法也可以使用SoftDevice協(xié)議文件對(duì)模塊進(jìn)行編程。

圖4：Nordic Semiconductor nRFgo Studio SoftDevice窗口。

S132 SoftDevice是一個(gè)BLE中央和外圍協(xié)議棧，支持最多八個(gè)連接，另外一個(gè)觀察者和一個(gè)廣播員角色同時(shí)運(yùn)行。圖4說明了在nRFgo Studio工具中進(jìn)行設(shè)置。該堆棧還集成了BLE控制器和主機(jī)，并配備了一組靈活的API，可集成到您自己的應(yīng)用程序中。可以在Nordic Semiconductor網(wǎng)站上找到可用的SoftDevice文件的完整列表。

評(píng)估板還有一組與Arduino屏蔽格式兼容的連接器，可通過許多模塊訪問GPIO模塊標(biāo)準(zhǔn)的Arduino防護(hù)罩。

圖5：來自Nordic nRF SDK的文檔齊全的代碼示例。

如上所述，Nordic SDK提供了許多使用API與SoftDevice協(xié)議交互的示例應(yīng)用程序。圖5中所示的一個(gè)示例顯示了'ble_app_blinky_c'main.c文件。代碼記錄非常好，第一次面對(duì)這個(gè)代碼的開發(fā)人員很容易理解程序內(nèi)部的內(nèi)容。

你是否希望創(chuàng)建自己的開發(fā)和測(cè)試環(huán)境評(píng)估板，該過程相對(duì)簡單，因?yàn)镽igado在其網(wǎng)站上提供所有必要的布局，PCB，鉆孔和原理圖。還包括完整記錄的物料清單文件，提供制造商和Digi-Key部件號(hào)。

結(jié)論

采用整體方法為您的下一個(gè)設(shè)計(jì)選擇無線模塊，不僅是模塊本身，而且評(píng)估工具，軟件堆棧和代碼示例的可用性確保您的設(shè)計(jì)將在盡可能短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行通信。