BLE的分層協議棧能以低功耗高效傳輸少量數據，使其成為電池供電應用的首選無線協議
，如需要定期提取和處理數據的低功耗傳感器網絡接口等。本文將重點介紹如何在數據變化不頻繁的傳感器應用中，有效地利用BLE維持低功耗無線運行。

 

目前，全球正進入一個各種係統都需要采集和交換數據的物聯網（IoT）時代。在傳感器以無線方式連接，形成網絡並實現設備間數據交換的物聯網中，BLE發揮著至關重要的角色。主機設備可以是能夠監測和控製所有網絡節點的智能手機。此類物聯網（IoT）應用包括日常活動追蹤以及家庭自動化功能，如高效住宅照明、溫度和濕度監測與控製、遠程控製消費類電子設備等。

 

 

 

如果傳感器采用電池供電，功耗受限且必須持續很長時間的話，BLE將jiang成cheng為wei最zui佳jia連lian接jie選xuan擇ze。比bi如ru，一yi個ge測ce量liang溫wen度du及ji濕shi度du的de低di功gong耗hao傳chuan感gan器qi，其qi參can數shu是shi緩huan慢man變bian化hua的de，此ci類lei傳chuan感gan器qi可ke以yi與yu能neng夠gou處chu理li並bing將jiang數shu據ju傳chuan輸shu到dao主zhu機ji設she備bei的deBLE集成型處理器連接。BLE子係統的操作頻率不高，例如每百毫秒一次，而且在其他時間處於低功耗模式。賽普拉斯PSoC 4 BLE等BLE型器件可提供多用戶可配置的功耗模式
，從而優化獨立於處理器工作模式的BLE子係統（BLESS）的運行。使開發人員能夠降低功耗
，並使單塊電池的使用壽命達到數年之久。

 

這五種係統功率模式分別為：主動、睡眠、深度睡眠、休眠和停止模式。三種BLESS功耗模式分別為主動、睡眠和深度睡眠模式。BLESS模式在係統功率為1.3微安的深度睡眠模式下始終啟用。BLE子係統可以在BLESS Active模式下發送和接收數據。它能保持空閑狀態
，並在BLESS睡眠模式和深度睡眠模式下維持連接。這些功耗模式獨立於係統的功耗模式，因此開發人員能夠靈活地為係統和BLESS分別選擇最高效的配置。在此基礎上，我們可以建立一個電流需求極低、通常由紐扣電池供電的完整係統。

 

例如
，1秒廣播間隔的平均耗電量隻有26微安。而1秒連接間隔的平均耗電量更低，隻有17微安。更多有關功耗數值的詳細信息以及如何配置和降低功耗，點擊文末閱讀原文查看低功耗藍牙應用的低功率設計與電池壽命估算。

 

 

傳感器可以大致分為模擬和數字兩種。典型的模擬傳感器包括用於監測煙霧
、氣體、環境光線
、人員感應等的傳感器。數字傳感器包括監測溫度
、濕度、壓力、加速度等的傳感器。當BLE子係統與應用處理器集成時
，傳感器可以采用多種不同的方式進行連接。例如，可以將模擬傳感器饋送到前端具有電壓輸出器的SAR ADC。數字傳感器無需進行模擬轉換，因此可以通過任何通信接口（如I2C、SPI或單線接口）采集數據。

 

集成的定時器、計數器、脈寬調製器和通用數字模塊（UDB）均可用於實現自定義邏輯以進一步處理傳感器數據。最終
，經處理或所接收的數字數據可以通過BLE接口發送
，並由內置BLE功能的手機或任何其他客戶端設備進行監測。隨著資源可用性和成本的不斷變化，可選擇不同係列的BLE集成處理器（如PSoC 4 BLE）以適應各種應用。

 

 

無線傳感器網絡通常作為網狀網絡和樞紐網絡（見圖1）。樞紐網絡包括可以放置在相同位置的所有傳感器。每個傳感器需要連接到單個BLE外圍設備（服務器）來處理數據並將其發送到BLE中央設備（客戶端）。網狀網絡采用可以遠程定位傳感器的拓撲結構。網格中的每個節點都需要連接到BLE外圍設備（服務器）
，所有這些外圍設備都可以連接到BLE中央設備（客戶端）。

 

 

圖1：傳感器網絡拓撲結構

 

內置BLE功能的處理器的靈活性和豐富資源
，使傳感器能夠與單一BLE設備連接。圖2是使用PSoC Creator的典型配置。PSoC Creator是一個用於圍繞PSoC架構開發應用程序的IDE。圖中顯示的是模擬和數字傳感器接口以及BLE子係統。該配置展示的是用於感測煙霧、光照強度
、溫度
、濕度和壓力的典型工業數據監測係統。配置中的每個組件都有一個關聯的應用程序編程接口（API），開發人員可根據需要訪問這些組件。每個組件還有一個與其相關的數據表對組件的可用配置進行說明。

 

 

圖2：PSoC Creator項目 –

 

 

BLE組件在其GAP層中被配置為從設備。這使任何BLE設備（如BLE手機）都可以掃描此設備，在BLE從設備包含其名稱廣播時被BLE手機連接。此外，在其GATT層中
，BLE設備被配置為具有自定義配置文件的GATT服務器。下麵將討論BLE低功耗特性在該組件內啟用。名為“Sensor Service”的單一服務具有5種不同的特性,用於采集每個傳感器的數據。每個特性都具有通知功能，可以將傳感器數據作為通知發送。

 

BLE中的一切都作為“活動”處理。BLE堆棧提供處理這些事件的“定義”。以下代碼片段展示了其中一部分活動的運行。

 

 

 

 

 

 

 

圖3：BLE組件配置

 

一旦兩個設備實現連接
，就能使用連接間隔不同的通知發送數據。應用程序接口“CyBle_ProcessEvents()”應置於while(1)循環中
，且必須在每個連接間隔中至少調用一次。我們也可以調用在同一while循環中將數據作為通知發送的函數。以下函數可用於將溫度數據的一個字節作為通知發送。這也適用於其他傳感器特性。
 

 

 

 

如上文所述，處理器和BLE子係統（BLESS）具(ju)有(you)獨(du)立(li)的(de)低(di)功(gong)率(lv)模(mo)式(shi)。舉(ju)個(ge)例(li)子(zi)
，如(ru)果(guo)設(she)備(bei)斷(duan)開(kai)連(lian)接(jie)
，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)將(jiang)處(chu)理(li)器(qi)設(she)置(zhi)為(wei)休(xiu)眠(mian)或(huo)停(ting)止(zhi)模(mo)式(shi)以(yi)降(jiang)低(di)功(gong)耗(hao)。在(zai)廣(guang)播(bo)和(he)連(lian)接(jie)間(jian)隔(ge)之(zhi)間(jian)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)BLESS深度睡眠模式
，甚至連所使用的各個組件（如ADC、I2C等）yekeyijinrugezidedigonglvmoshibingzaixuyaoshihuanxing。yinci，kaifarenyuannenggougenjuzhenggexitongdeshijixuyao，duigonglvjinxingfeichangxizhidekongzhi。youguanxiangxidedigonglvdaimapianduan，qingdianjiwenmoyueduyuanwenguankandigonghaolanyayingyongdedigonglvshejiyudianchishouminggusuan。

 

while(1) 循環如下：

 

 

目前具有BLE功能的手機可以掃描這一傳感器網絡設備
，並使用各種特性來監視每個傳感器的數據。一些處理器製造商還提供手機端的BLE連接軟件。例如，賽普拉斯提供了一個名為CySmart的應用程序，該應用程序可以安裝在您的安卓或Apple設備上，並協助您監控BLE傳輸。

 

藍牙信標的廣播信號可以被附近的智能設備捕捉。對於此類應用，隻需要將BLE組件配置為廣播器的GAP，這樣係統就可以發送廣播信息。信標的功耗應該較低，也可以得益於集成的處理器/BLE設計。太陽能低功耗藍牙信標和無線傳感器節點可顯示正在使用的BLE信標。

 

BLE在消費類
、工業和嵌入式應用等許多市場中的發展勢頭良好。該項技術成功的一個關鍵因素是它能夠在低功耗的情況下運行。BLE技術使開發人員能夠設計出由電池供電、使用壽命更長，對用戶更加友好的應用。