工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 在很大程度上要依賴(lài)傳感器從便攜式可穿戴系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，以便監(jiān)控運(yùn)動(dòng)、壓力、濕度和其他眾多特征，然后將這些數(shù)據(jù)饋送至云進(jìn)行處理。

通過(guò)模塊方式，我們可以快速輕松地將傳感器添加到設(shè)計(jì)中，但在將這些模塊連接到網(wǎng)絡(luò)的其余部分時(shí)，我們通常會(huì)面臨一些挑戰(zhàn)。有很多不同方法可以進(jìn)行這種連接，但其中一種最簡(jiǎn)單的方法是采用最新的低功耗藍(lán)牙 (BLE) 技術(shù)。BLE 收發(fā)器采用了芯片級(jí)封裝，尺寸有所縮減，因而足夠小巧，能夠輕松與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中的各種傳感器配合使用。

圖 1：Dialog 物聯(lián)網(wǎng)傳感器加密狗。

無(wú)線收發(fā)器設(shè)計(jì)公司 Dialog Semiconductor 實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)，他們的 SmartBond 物聯(lián)網(wǎng)傳感器開(kāi)發(fā)套件讓運(yùn)動(dòng)和環(huán)境檢測(cè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)工作變得更輕松。

Dialog 將無(wú)線收發(fā)器和傳感器組合在專(zhuān)用模塊中，進(jìn)而獲得世界上功耗最低的 12 自由度 (DOF) 無(wú)線傳感器模塊。該模塊在縮減系統(tǒng)尺寸和成本的同時(shí)，還包含了用于加快物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的所有必要硬件和軟件。通過(guò)組合所有這些元件，Dialog 能夠利用代碼來(lái)融合來(lái)自各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，提供更有意義的輸出，而不只是提供數(shù)據(jù)流。這就有助于降低收發(fā)器的負(fù)載，減少存儲(chǔ)器需求和電流消耗，從而延長(zhǎng)電池壽命并縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

這種系統(tǒng)優(yōu)化只有通過(guò)開(kāi)發(fā)完整的模塊才能實(shí)現(xiàn)，而這種模塊要將 BLE 收發(fā)器和 ARM? Cortex?-M0 處理器與 Bosch Sensortec 的加速計(jì)、陀螺儀、磁力儀、環(huán)境傳感器組合在一塊尺寸僅為 16 x 15 mm 的電路板上。

圖 2：該物聯(lián)網(wǎng)模塊組合了三種傳感器和一個(gè)藍(lán)牙收發(fā)器，實(shí)現(xiàn) 12 自由度測(cè)量。

它還包括 SmartFusion，也就是 Dialog 獨(dú)有的智能傳感器融合軟件庫(kù)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳感器校準(zhǔn)和融合。這樣一來(lái)，該模塊只需使用 4.5 KB 的 ROM 和 500 字節(jié)的 RAM，并且能決定傳感器的數(shù)據(jù)速率。

該模塊采用 DA14583 低功耗藍(lán)牙 SoC，配備工作頻率為 12.5 Hz 的 BMI160 6 軸慣性測(cè)量裝置、工作頻率為 10 Hz 的 BMM150 3 軸地磁傳感器，以及以 0.5 Hz 測(cè)量壓力、溫度和濕度的 BME280 集成環(huán)境傳感器裝置。

所有這些都只需要 Cortex-M0 處理器提供相對(duì)較低的 0.5 MIPS 處理資源，以支持磁力儀自動(dòng)校準(zhǔn)和 9 自由度的傳感器融合。其中慣性測(cè)量裝置中的陀螺儀和加速計(jì)的工作頻率分別為 100 Hz 和 10 Hz。

融合的方向數(shù)據(jù)通過(guò) BLE 接口傳輸?shù)皆?Android 和 iOS 上運(yùn)行的一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了傳感器、方向數(shù)據(jù)和配置的可視化。

DA14583 搭載完全集成的無(wú)線收發(fā)器和基帶處理器，在該模塊中可用作獨(dú)立控制器。它擁有 1 Mb 閃存來(lái)存儲(chǔ)藍(lán)牙規(guī)范和自定義應(yīng)用代碼，所有這些均能夠以無(wú)線方式 (OTA) 更新。合格的 BLE 協(xié)議棧保存在專(zhuān)門(mén)的 ROM 中，而所有軟件則通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)劃程序在 ARM Cortex-M0 處理器上運(yùn)行。

BLE 固件包括 L2CAP 服務(wù)層協(xié)議、安全管理器 (SM)、屬性協(xié)議 (ATT)、通用屬性規(guī)范 (GATT) 和通用訪問(wèn)規(guī)范 (GAP)。

收發(fā)器提供 93 dB 的射頻鏈路預(yù)算，帶有一個(gè)單端 50 W 匹配式 RFIO 接口，用于連接陶瓷芯片天線。所有射頻模塊均由片載低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 供電，而且所有的射頻模塊都有自己的偏置控制。

Bosch Sensortec BMM150 是一款獨(dú)立的地磁傳感器，可在三個(gè)垂直軸上測(cè)量磁場(chǎng)，適用于手機(jī)、手持設(shè)備、計(jì)算機(jī)外設(shè)、人機(jī)接口、虛擬現(xiàn)實(shí)功能和游戲控制器。它有自己的處理器，可將地磁傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字結(jié)果，而這些結(jié)果可通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口（SPI 和 I2C）讀取。

圖 3：Bosch Sensortec 的 BMM150 地磁傳感器可提供羅盤(pán)和位置數(shù)據(jù)。

晶圓級(jí)芯片尺寸封裝 (WLCSP) 的尺寸僅為 1.56 x 1.56 x 0.6 mm，可在 1.62 至 3.6 V 的電壓下工作，VDDIO 電壓范圍為 1.2 至 3.6 V。

BME280 是集濕度、壓力和溫度傳感器于一體的數(shù)字傳感器，采用金屬蓋 LGA 封裝，尺寸為 2.5 × 2.5 mm，高度為 0.93 mm。濕度傳感器可在寬溫度范圍內(nèi)提供快速響應(yīng)和總體精度，而壓力傳感器則為絕對(duì)氣壓傳感器，具有極高的精度和分辨率，而且噪聲遠(yuǎn)低于以前的版本。集成的溫度傳感器經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可提供最低的噪聲和最高的分辨率。另外，輸出可用于壓力和濕度傳感器的溫度補(bǔ)償，也可用于評(píng)估環(huán)境溫度。傳感器提供了 SPI 和 I2C 接口，可在 1.71 至 3.6 V 的電壓范圍內(nèi)工作，VDDIO 電壓范圍為 1.2 至 3.6 V。

傳感器必須小心放置在模塊上，以避免出現(xiàn)問(wèn)題。磁傳感器應(yīng)該距離鈕扣電池 3 mm 至 5 mm，距離高電流路徑 10 mm，例如 DC-DC 轉(zhuǎn)換器和電感器附近的路徑，最好距離電源軌 3 mm 至 4 mm。鈕扣電池本身放置于 PCB 下方，盡可能與傳感器保持最大距離，以避免可能產(chǎn)生的干擾。

模塊在休眠模式下平均僅消耗 11 μA 的電流，而在廣播模式下，在它尋找要連接的主機(jī)時(shí)，平均電流消耗將提升至 110 μA。連接后，在沒(méi)有運(yùn)動(dòng)且所有傳感器處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，平均電流消耗為 560 μA。當(dāng)模塊正在移動(dòng)時(shí)，測(cè)量的最高功耗為 1.35 mA（平均值）。

圖 4：物聯(lián)網(wǎng)模塊內(nèi)部的傳感器的功率數(shù)據(jù)。

Dialog 特意簡(jiǎn)化了連接方法，我們可通過(guò) Play Store 上的 Android 應(yīng)用或 App Store 上的 iOS 應(yīng)用連接到模塊。這些應(yīng)用會(huì)自動(dòng)連接到電路板，并顯示來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)。

要通過(guò) Evothings 等開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)模塊進(jìn)行編程，可使用 Github 上的軟件庫(kù)。其中包括 JavaScript 庫(kù)，可用于通過(guò) Cordova 應(yīng)用與模塊進(jìn)行通信，該應(yīng)用包含了低功耗藍(lán)牙插件，另外也可通過(guò) Evothings Workbench 中的一個(gè)新應(yīng)用進(jìn)行通信。

初始化和連接

包括iotsensor.js文件