如何选择物联网蓝牙方案？

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SiliconLabs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；

3.6mARX电流（1MbpsGFSK）；

4.1mATX电流@0dBm输出功率；

8.2mATX电流@6dBm输出功率；

1.40μAEM2 DeepSleep电流（32kB RAM保持和从LFXO运行的RTC）；

1.75μAEM2 DeepSleep电流（32kB RAM保持和从精密LFRCO运行的RTC）；

0.17μAEM4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RSL10Mesh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。