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【原创深度】蓝牙扩展了开源应用

得益于开源软件的成功经验,Arduino开创了开源硬件(OSHW)模型,鼓励业余和专业工程师去学习、修改、宣传、制作和销售其设计的公开可用硬件产品。开源硬件在个人和商业应用中的作用借助其内置(或现成)的蓝牙互连不断扩大,虽然蓝牙5.0规范和随后推出的网格网络是非常重要的里程碑,但是蓝牙的低功耗特性将继续帮助开源硬件获得更广泛的应用,更重要的是配置蓝牙和云访问都是目前可行的技术方案,对于爱好者和工程师来说开源硬件和蓝牙无线连接将是一种潜在的强大工具。

开源硬件的作用

多年以来开源硬件(OSHW)一直没有引起人们的注意,主要的用户就是一些极客和爱好者,早期的产品主要是基于成熟的不复杂的处理器芯片,比如Atmel公司的ATmega3228 八位微控制器(MCU)系列,这也使得开源硬价格便宜,更加亲民。然而最近几年内,创业公司和成熟的公司发现开源硬件能够帮助缩短硬件(和软件)的开发时间,从而让用户更加专注于产品差异化的设计,此外使用开源硬件能够降低风险,刺激创新。

开源硬件表现出的优势很快就吸引了一些老牌的和初创的芯片供应商,这涉及到几十亿美元的业务,对于每个芯片巨头如Intel和TI等这都是一个全新的领域,比如开源硬件厂商Seeed Studio和SparkFun正在对外出售的单板计算机(SBC)就是符合开源模型的硬件产品。

当然成熟且稳定的开源硬件对于消费者来说也是受益的,工程师有一系列的单板计算机(SBC)产品可供选择,对于售价低于100美元(通常是低于50美元)的开源硬件,一般在校学生到大部分的电子工程师都可以负担的起,比如下面BeagleBoard开源硬件公司推出的BeagleBone Black单板计算机(如图1所示)。

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图1:这款产品集成了足够大的Flash存储空间来存储GestIC库

这款单板计算机(SBC)采用的是Sitara ARM Cortex-A8 32位RISC微处理器,集成了512MB DDR3L 400MHz的SDRAM、4GB Flash、USB2.0主从接口、网口等等,BeagleBone Black单板计算机足够的强大,能够运行操作系统,比如Linux、安卓,控制复杂的机器人或者管理一个家庭的安全系统。

为了完善更多的功能,最新版本的开源硬件单板计算机开始集成了高级的RF无线芯片,支持物联网(IoT)和工业物联网(IIoT)的互联,IoT或者IIoT是一个全局的互联网络,智能计算机、软件、设备、机器、执行器、传感器等互相交换数据和指令,形成一个具有成千上万个应用的平台。

借助基于Web的集成开发环境(IDE)(一般兼容Arduino),一名具备基本编程技能但是没有RF经验的工程师都可以利用开源硬件开放的无线互联功能,这些应用可以是简单的数据记录(湿度、温度等),使用智能手机连接到云服务器更具测量结果出发一定的动作(比如发送一条消息或者触发警报)。

对于物联网(IoT)无线互联的作用

尽管我们知道智能手机连接到互联网看起来非常的简单,但是它的作用绝不是微不足道的。复杂(因此价格昂贵)的调制解调器执行高级的网络协议并且集成到智能手机(还包括计算机、平板电脑、路由等)中来保持各种连接。目前虽然在装备简单、资源限制传感器方面取得了一定的进展,但是在实现廉价、常规、可靠的IoT/IIoT连接之前还有一些不可避免的工程挑战要解决。

一些短距离和长距离的RF技术是建立常规连接的基础,但是低功耗蓝牙(蓝牙无线连接低功耗形式)具有一些关键的优势,这些优势包括低功耗(确保更长的电池寿命、较少的维护)、可以修订优化的开源标准以及多家供应商的支持,更多的优势则来自于更多的智能手机、平板电脑和可穿戴设备制造商的认可和采用。

低功耗蓝牙规范包括物理层(PHY)和固件栈,芯片供应商通常都会提供一个兼容标准的固件,让用户能够专注于自己应用程序代码的开发,经过开发工具的编译形成一个堆栈式的系统分层(如图2)。举个例子,工程师可以向固件中添加一些代码来实现处理、格式化数据,并周期性发送数据给智能手机端来显示温度趋势,处理过程听起来简单,即使使用非常便捷的开发工具,无线应用代码的开发也会让那些缺乏经验的人感到吃力。

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图2:低功耗蓝牙应用代码编译后放在蓝色部分执行,灰色部分为系统固件(来源:TI)

开源硬件单板计算机供应商已经在尝试解决应用层程序开发的问题,比如将对蓝牙的配置操作集成到用户熟悉的集成开发工具(IDE)中,工程师可以通过以太网或USB进行通信来配置单板计算机,可以说很容易就可以建立与智能手机或者其他集成蓝牙功能设备之间的无线连接。

蓝牙(BLE)的配置


(责任编辑:ioter)

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