如何在传感器应用中，利用BLE维持低功耗无线运行

（文章来源：电子元件技术网）

BLE的分层协议栈能以低功耗高效传输少量数据，使其成为电池供电应用的首选无线协议，如需要定期提取和处理数据的低功耗传感器网络接口等。本文将重点介绍如何在数据变化不频繁的传感器应用中，有效地利用BLE维持低功耗无线运行。

目前，全球正进入一个各种系统都需要采集和交换数据的物联网（IoT）时代。在传感器以无线方式连接，形成网络并实现设备间数据交换的物联网中，BLE发挥着至关重要的角色。主机设备可以是能够监测和控制所有网络节点的智能手机。此类物联网（IoT）应用包括日常活动追踪以及家庭自动化功能，如高效住宅照明、温度和湿度监测与控制、远程控制消费类电子设备等。

如果传感器采用电池供电，功耗受限且必须持续很长时间的话， BLE将成为最佳连接选择。比如，一个测量温度及湿度的低功耗传感器， 其参数是缓慢变化的，此类传感器可以与能够处理并将数据传输到主机设备的BLE集成型处理器连接。BLE子系统的操作频率不高，例如每百毫秒一次，而且在其他时间处于低功耗模式。赛普拉斯PSoC 4 BLE等BLE型器件可提供多用户可配置的功耗模式，从而优化独立于处理器工作模式的BLE子系统（BLESS）的运行。使开发人员能够降低功耗，并使单块电池的使用寿命达到数年之久。

这五种系统功率模式分别为：主动、睡眠、深度睡眠、休眠和停止模式。三种BLESS功耗模式分别为主动、睡眠和深度睡眠模式。BLESS模式在系统功率为1.3微安的深度睡眠模式下始终启用。BLE子系统可以在BLESS Active模式下发送和接收数据。它能保持空闲状态，并在BLESS睡眠模式和深度睡眠模式下维持连接。这些功耗模式独立于系统的功耗模式，因此开发人员能够灵活地为系统和BLESS分别选择最高效的配置。在此基础上，我们可以建立一个电流需求极低、通常由纽扣电池供电的完整系统。

传感器可以大致分为模拟和数字两种。典型的模拟传感器包括用于监测烟雾、气体、环境光线、人员感应等的传感器。数字传感器包括监测温度、湿度、压力、加速度等的传感器。当BLE子系统与应用处理器集成时，传感器可以采用多种不同的方式进行连接。例如，可以将模拟传感器馈送到前端具有电压输出器的SAR ADC。数字传感器无需进行模拟转换，因此可以通过任何通信接口（如I2C、SPI或单线接口）采集数据。

集成的定时器、计数器、脉宽调制器和通用数字模块（UDB）均可用于实现自定义逻辑以进一步处理传感器数据。最终，经处理或所接收的数字数据可以通过BLE接口发送，并由内置BLE功能的手机或任何其他客户端设备进行监测。随着资源可用性和成本的不断变化，可选择不同系列的BLE集成处理器（如PSoC 4 BLE）以适应各种应用。

无线传感器网络通常作为网状网络和枢纽网络。枢纽网络包括可以放置在相同位置的所有传感器。每个传感器需要连接到单个BLE外围设备（服务器）来处理数据并将其发送到BLE中央设备（客户端）。网状网络采用可以远程定位传感器的拓扑结构。网格中的每个节点都需要连接到BLE外围设备（服务器），所有这些外围设备都可以连接到BLE中央设备（客户端）。

内置BLE功能的处理器的灵活性和丰富资源，使传感器能够与单一BLE设备连接。PSoC Creator是一个用于围绕PSoC架构开发应用程序的IDE。图中显示的是模拟和数字传感器接口以及BLE子系统。该配置展示的是用于感测烟雾、光照强度、温度、湿度和压力的典型工业数据监测系统。配置中的每个组件都有一个关联的应用程序编程接口（API），开发人员可根据需要访问这些组件。每个组件还有一个与其相关的数据表对组件的可用配置进行说明。

BLE组件在其GAP层中被配置为从设备。这使任何BLE设备（如BLE手机）都可以扫描此设备，在BLE从设备包含其名称广播时被BLE手机连接。此外，在其GATT层中，BLE设备被配置为具有自定义配置文件的GATT服务器。下面将讨论BLE低功耗特性在该组件内启用。名为“Sensor Service”的单一服务具有5种不同的特性，用于采集每个传感器的数据。每个特性都具有通知功能，可以将传感器数据作为通知发送。
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