蓝牙低功耗技术是用于物联网的一种流行的短距离无线协议,最显著的优势是能效高,正越来越多地被用于物联网各细分领域。而蓝牙低功耗网状网络使以前无法用传统蓝牙技术实现的各种应用成为可能,其价值在于消除范围限制,现已在工业、农业、企业和物流领域以及新兴的智慧城市等多个不同环境得到认可。但运作限制和实施便利性仍是主要挑战。

安森美半导体的RSL10 Mesh平台具有开发和部署网状网络所需的所有基本要素,赋能家庭/楼宇自动化、智能零售、自动化工厂、智能农业、智能医疗保健等多个领域蓝牙低功耗网状网络应用,并帮助迅速走向全面部署,推进在范围、灵活性和功率预算的性能极限。

蓝牙低功耗网状网络的优势

01

扩展通信范围

不同于传统的点对点蓝牙联接,蓝牙低功耗网状网络是多对多拓扑,并采用托管泛洪来发送数据。因为适当部署的蓝牙低功耗网状网络的节点可以通过将数据包中继到传输节点范围之外的目标节点来执行消息传递, 因此可覆盖比传统的点对点蓝牙通信更远的距离。

02

灵活性

蓝牙低功耗采用多对多拓扑,各信息可由不同的路径到达目标节点,所以不受单点故障的影响。

03

安全可靠

蓝牙低功耗网格规范内置了多层加密的安全性,因此网络中的节点可以中继流量,而不了解任何消息的内容。节点可以简单地传递信息,而网络上潜在的窃听者只能看到加密的数据包,这对网络安全性有显著好处,同时又保留了设计的简单性。

灵活、易配置的开发套件:RSL10 Mesh平台

RSL10 Mesh平台基于安森美半导体的超低功耗RSL10系统级封装( RSL10 SIP),含两个RSL10 Mesh节点,辅以各种智能传感器和指示器,以及一个Strata网关用于联接到Strata Developer Studio?。

图:RSL10 Mesh平台套件含两个RSL10 Mesh节点(左) 和一个Strata网关(右)

RSL10 SIP具有领先行业的超低功耗,以最大化电池使用寿命。RSL10 Mesh平台配以多种环境传感器,包括温度传感器(N34TS108)、环境光传感器(LV0104CS)和磁性传感器,使用LED驱动器(NCP5623B)调光和调色,还具有额外的振动反馈按钮,及锂电池充电器(FAN54120),拥有基于斩波稳定放大器(NCS333)的Wheatstone电桥作磁场检测,和基于霍尔传感器的调光和报警功能,及一颗2．3 kHz的报警器。

图:Mesh节点框图 (绿框为安森美半导体提供的产品)

Strata网关支持无缝且安全的联接到Strata Developer Studio?。Strata Developer Studio?是云联接的平台,可自动识别并下载设计和评估相关的所有文档及配套资料,包括智能感测、网格中继、网格消息传递、网格代理服务,并支持空中固件升级(FOTA)。在Strata Developer Studio?中,设计人员可以监视遥测,例如节点电压、温度和控制LED照明,同时可以发送和接收蓝牙低功耗网格指令。虚拟工作区用于常见网状网络示例,包括安防摄像机、门铃、调光、机器臂、太阳能面板、暖通空调(HVAC)等虚拟办公室环境节点和门、窗、照明等虚拟智能家居环境节点、传感器图标等。

此外,RSL10 Mesh平台还配有基于Eclipse的集成开发环境并支持FreeRTOS?的RSL10软件开发套件、符合蓝牙特别兴趣小组(Bluetooth SIG)网格规范的RSL10 Mesh软件包、用于预配、配置和控制低功耗蓝牙网状网络的移动应用程序(RSL10 Mesh Mobile App,可从Google Play或Apple App商店下载),供设计人员开发和拓展更多的功能。

RSL10 Mesh平台报警和调光功能演示

我们使用Strata赋能的RSL10 Mesh平台套件STR-RSL10-MESH-KIT-GEVK进行演示,包括两个RSL10 Mesh节点、一个Strata网关节点、3根USB电缆、1个稀土磁环。每个Mesh节点有一个4管脚接头连接器用于选择是否使用电池。默认设定是使用跳线来连接中间两个管脚,使Mesh板直接连接供电网络,Mesh板上的USB口或Strata扩展板USB口会将提供5 V电源。若设计人员希望使用充电电池,可使用两根跳线连接上下各两个管脚,从而在电池供电的同时,USB口也可为电池充电。推荐的电池型号请参考RSL10 Mesh平台指南中的列表。

Mesh节点上的报警功能是简单的基于霍尔效应的开关,设计人员需要在Strata套件中打开设定。当设计人员将这块板放进磁场范围中,磁性传感器将感测到磁场,所以不会触发警报。当充电板被移开磁场范围,一个网络广播将会被发往其它节点来开启报警,所有LED灯将会以红灯的形式闪烁约15秒,只有将板子重新放回磁场后,报警才会解除,所有LED灯停止闪烁,恢复初始设置。

包含在RSL10 Mesh平台套件中的磁环是上下磁极的环形磁铁,而磁性传感器能轻松地检测到磁场变化,设计人员可将带有磁性传感器的Mesh板放置在磁铁上方来使用调光功能。在150度范围内旋转板,来调节LED灯的亮度。用户的调光角度和每块板的LED驱动芯片NCP5623B决定了LED灯的亮度。而网络中的所有节点板都会共享这个数据来调整每一个LED灯的亮度。

总结

蓝牙低功耗网状网络比点对点联接扩展了通信范围,不受单点故障影响,内置多层加密的安全性,可实现传统蓝牙联接无法实现的多种应用。安森美半导体的RSL10 Mesh平台含开发和部署网状网络所需的所有基本要素,帮助工程师加快开发基于超低功耗RSL10 蓝牙5无线电的网状网络应用,包括家庭/楼宇自动化、智能零售、自动化工厂、智能农业、智能医疗保健等应用。