magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

EBV lidA Bluetooth LE elnevezés fő „mondanivalója”, hogy a Bluetooth vezetékmentes kommunikációs rendszert az elődjénél alacsonyabb energiafogyasztással kínálja. A cikk arra mutat példát, hogy a kis fogyasztásnál is van kisebb, ami rendkívüli előnyökkel jár ebben a tipikusan elemről táplált alkalmazástípusban, amelynek kedvező tulajdonságai a helyi készülékhálózatoktól a „dolgok internetéig” számos területen alkalmazásra találhatnak.

 

Az ON Semiconductor jelfeldolgozással, orvostechnikai megoldásokkal és vezetékmentes technológiákkal foglalkozó részlege „nem ma kezdte a szakmát”: több mint 30 éves tapasztalattal rendelkezik például a hallókészülékekben alkalmazható digitális jelfeldolgozó eszközök fejlesztésében. Ebben a termékkategóriában a kis méret és az alacsony energiaigény nélkülözhetetlen tulajdonság – az előbbi célt szolgálja a cég 3D-tokozástechnológiája, a kis fogyasztás pedig korszerű mikrovezérlőkben és szenzorinterfészekben valósul meg a rendkívül alacsony energiaigényű jelfeldolgozó eszközök révén. Ezeket a tapasztalatokat éptette be a cég az RSL10 típusjelű, Bluetooth Low Energy-alapú eszközcsaládba is. A számos területen előnyösen használható Bluetooth LE protokollnak a végtermékbe történő betervezését az RSL10 rendszercsip piacra bocsátásával valóban megkönnyítette a vállalat.

 

Költségelőnyök

Az RSL10 család mindenek előtt azzal keltheti fel a fejlesztők figyelmét, hogy „minden egyben” megoldást jelent: az antennától az RF-szűrésen, az energiamenedzsmenten át a passzív alkatrészekig minden megtalálható a csupán 6 × 8 mm helyigényű tokozatban, és ezzel kompakt megoldást kínál gyakorlatilag minden Bluetooth LE alkalmazás megvalósításához.
Aki tervezett már antennát a 2,4 GHz-es frekvenciasávba, nagyra értékelheti, hogy nem kell ezzel az időt rabló feladattal foglalkoznia. A NyÁK-tervezők számára pedig előnyt jelenthet, hogy a tokozat „kényelmes”, 0,7 mm rasztertávolságú forrasztófelületekkel is beéri, tehát a NyÁK-tervezés sem igényel túlságosan kifinomult, a kivitelezés pedig túl drága technikát; a beültetés a szokásosnál igényesebb beültetési technológia és költségesebb NyÁK nélkül is megbízhatóan „hozza” az alacsony selejtszázalékot. A széles üzemi hőmérséklet-tartomány az automotív 2. osztályhoz szükséges tanúsítványt is a tervező rendelkezésére bocsátja, és végül további tervezési előny, hogy a rendszercsip beépített biztonsági képességei révén kész megoldást kínál a ma egyre kevésbé elhanyagolható védett adatátvitelre is.
A gyors, 2 Mbit/s adatsebességű Bluetooth Low Energy (Bluetooth 5) specifikáció maradéktalan teljesítése mellett komoly előny, hogy a végtermék fejlesztője könnyen definiálhat alkalmazásspecifikus, adott célra egyedileg fejlesztett protokollokat. A rendszercsip további vonzó tulajdonsága, hogy a fejlesztőnek a –91 dBm-es vevőérzékenység miatt az alkalmazási környezet sajátos jelterjedési problémáival is aránylag kevesebbet kell foglakoznia. A végtermék üzemeltetője és karbantartója számára jelentős költségmegtakarítással járhat magán a vezetékmentes kommunikáción keresztül megvalósítható firmware-frissítés.

 

EBV cikk dec 1abra

1. ábra  Az RSL10 Bluetooth LE rendszercsip tömbvázlata

 

Kedvező RF-, energiafogyasztási és számítási tulajdonságok

Az RSL10-család energiafogyasztását – az egyik fő alkalmazási területének megfelelően – a legcélszerűbb az IoT-alkalmazások energiafelhasználási időprofilját figyelembe véve összehasonlítani. Ennek vizsgálatára egy – a beágyazott mikroelektronikai eszközök tesztelésére alkalmas szoftvereket fejlesztő – független szervezet, az Embedded Microprocessor Benchmark Consortium (EMBC) termékösszehasonlító vizsgálóprogramja (benchmark-ja), az ULPMark alkalmas, amely az ultra alacsony fogyasztási tartományról állít ki összehasonlítható „bizonyítványt”. Ennek keretében 1 másodperces ciklusidejű IoT-szenzoralkalmazást szimulálnak, amelyben a kommunikáció és a feldolgozási feladatok mellett elegendő idő jut a mélyalvó állapotra kapcsolásnak is. Eszerint 3 V-os tápfeszültségnél 1090, 2,1 V-nál pedig 1260-as benchmark-érték adódik, amellyel az RSL10 jelentősen kiemelkedik a mezőnyből: három-négyszeresen teljesíti túl a legjobb versenytársait, és a kategóriájában elsőként lépi túl az ezres „álomhatárt”. Mivel az IoT-alkalmazásoknál az elem élettartamát leginkább a legtartósabban fennálló üzemmódok, a mélyalvás és a vétel energiaigénye határozza meg, a kiváló teszteredményhez jelentősen hozzájárul, hogy az RSL10 mélyalvásban mindössze 62,5 nW-ot (nem elírás: nanowattot!) fogyaszt, és ez vételi üzemmódban sem emelkedik 7 mW fölé.
Az adóteljesítmény ugyan nem kiemelkedően magas, –17…+6 dBm (11,1 mW) tartományba esik, de ez egy alacsony teljesítményfelvételre „kihegyezett” eszköznél érthető. A tényleges fogyasztási adatot egyébként nem a szokásosan rövid ideig tartó adásüzemmód, hanem azok az arányszámok mutatják meg, hogy az adott alkalmazásban mennyit „alszik, hallgat vagy beszél” az IoT-végpont. A tápenergia-ellátás egyébként is meglehetősen igénytelen, a feszültségtartomány széles: 1,1…3,3 V.
Az RSL10 számítási képességeit a kétmagos architektúrája is sejteni engedi: az ARM Cortex-M3 alkalmazásprocesszor mellett az ON Semi eredeti fejlesztésű, különlegesen kis energiaigényű, 32 bites digitális jelprocesszormagja (LPDSP-32) is helyet kapott.
Az eszköz tömbvázlatán (1. ábra) látható, hogy a tervezők „teljes megoldásra” törekedtek, amelyből csak néhány fontosabb elemre hívjuk fel a figyelmet:

  • a beépített antenna megtakarítja a tervezőnek a szimmetrikus/aszimmetrikus illesztéshez szükséges baluntranszformátort – és általában az RF-tervezés minden nehézségét,

  • az ARM Cortex-M3 alkalmazásprocesszor – amelyet a jelfeldolgozási típusú feladatok alól mentesít a kétmagos DSP-processzor – alkalmas az egyedi, alkalmazásspecifikus protokollok kezelésére,

  • a beépített AES128-as titkosítóhardver színvonalas IT-biztonságról gondoskodik, így a 384 kbájtnyi flashmemóriából a felhasználó rendelkezésére álló 256 kbájt és a 88 kbájt SRAM az ARM-processzorral együtt gyakorlatilag teljes egészében a termékspecifikus alkalmazás futtatását szolgálhatja.

 

EBV cikk dec 2abra

2. ábra  Az USB-dugó a beépített RSL10 rendszercsippel és a BLE Explorer szoftverrel hasznos támogatás a Bluetooth LE-alapú vezetékmentes hálózatok fejlesztéséhez

 

A Bluetooth Low Energy az alkalmazásfejlesztő szemével

A gyárilag rendelkezésre álló fejlesztőeszközök hardverfejlesztő-készletet és szoftverfejlesztői környezetet foglalnak magukban. A hardverfejlesztő készletet az ON Semi hivatalos forgalmazóitól lehet beszerezni. Fontos eleme egy USB-be dugaszolható fejlesztőeszköz (2. ábra), amely a gyors prototípusfejlesztést támogatja, ha a Bluetooth Low Energy készülékekhez kívánunk vezetékmentes perifériákat illeszteni. Az eszköz az ilyen perifériahálózatok központi készülékének szerepét tölti be, és különösen hasznos a fejlesztés során a perifériaprototípusokkal történő kommunikáció tesztelésében és viselkedésük felügyeletében. Már a szoftverfejlesztő környezethez tartozik az USB-dugóval szorosan együttműködni képes BLE Explorer szoftveralkalmazás is. Ide sorolhatjuk az RSL10 Software Development Kit (SDK) szoftvert, amely a Bluetooth protokollvermeit, programkönyvtárakat, mintaszoftvereket és a dokumentációkat tartalmazza. A platform szabadszoftver-alapon (GNU) hozzáférhető az ARM Cortex-M3 processzorhoz, amelyben az Eclipse integrált fejlesztőkörnyezetben használható C fordító áll rendelkezésre, de a Keil ARM-fejlesztőkörnyezete is használható. A kis fogyasztású DSP-alrendszerhez (LPDSP) külön igényelhetnek támogatást a fejlesztők.
A mintakódok között megtalálhatók a:

  • Bluetooth Low Energy perifériaalkalmazások (perifériaszerverek),

  • Bluetooth Low Energy központi kliensalkalmazások,

  • perifériameghajtók (I2C master/slave, egyszerű UART, SPI master/slave, UART-alapú AD-konverter hozzáférés),

  • kalibrációs alkalmazások (a végtermék gyártókódjának beírása és más kalibrációs műveletek),

  • firmware frissítés vezetékmentes kapcsolaton keresztül (Firmware Over The Air – FOTA),

  • energiatakarékos üzemeltetéssel kapcsolatos alkalmazások,

  • orvostechnikai egészségmonitorozó alkalmazások (szívfrekvencia, közelségérzékelés, testhőmérséklet, vérnyomás, vércukorszint mérés, telefonos távriasztás egészségügyi vészhelyzetben, futás és kerékpározás sebessége),

  • helymeghatározás és navigáció, vezetékmentes akkutöltés vezérlése.

 

Bluetooth LE alapú hálózati megoldások támogatása

  • Nagy kiterjedésű készülékhálózatokhoz optimalizált kivitel;

  • általános együttműködési képesség más Bluetooth LE-hálózatokkal;

  • beépített, szabványos adatbiztonsági funkciók a hálózat felől érkező illetéktelen hozzáférés ellen.

 

Alkalmazások

  • Épületautomatizálás;

  • vezetékmentes szenzorhálózatok (IoT);

  • egészségmonitorozás, orvostechnika;

  • vagyontárgyak követése;

  • világítástechnika;

  • okosotthonok;

  • ipari IoT.

 

printing graphene chips


Az alkalmazási területek említésén kívül a már megvalósult, sikeres alkalmazások közül is említünk néhányat:

  • Energiagyűjtéssel táplált vezetékmentes világításvezérlés – az RSL10 ultrakicsiny fogyasztása lehetővé teszi a vezérlőkészülék hálózati energiát és elemet nem igénylő, ezért vezetékezéstől független elhelyezésű működtetését. Az energiát a vezérlőgombbal együtt megnyomott piezoelektromos energiaforrás adja.

  • Kis fogyasztású, megbízható okosotthon-távvezérlő légkondicionáló készülékhez.

  • Hallókészülék többfunkciós vezérléssel, digitális jelfeldolgozással – a fülbe helyezhető készülék vezetékmentes vezérléssel állítható be az optimális hallásélmény létrehozásához, és az alapfunkciója mellett például szívritmus monitorozására is alkalmas.

  • Okos hotelszoba-ajtózár okostelefonos vezérléssel – kategóriájában a legkisebb teljesítményfelvétel, egyszerű kommunikáció az okostelefonos kisalkalmazással.

 

szerző: Tóth Ferenc

 

A cikk alapjául szolgáló terméket Magyarországon az ON Semi termékeit képviselő EBV Elektronik Kft. forgalmazza. A cikk témája iránt alaposabban érdeklődőknek javasoljuk: vegyék fel a kapcsolatot Nagy Krisztiánnal (krisztian.nagy@ebv.com), a cég támogatómérnökével.

 

EBV Elektronik Kft.
1117 Budapest, Budafoki út 91-93.
Tel.: +36 1 436 7220
E-mail: krisztian.nagy@ebv.com

www.ebv.com

 

Még több EBV

 

   
Advertisement