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利用无线接口实现互连玩具的基本架构-器件知识

时间:2024-04-04 22:07:10

今天,用或者iOS手机或平板电脑连接、控制的玩具已很常见,而集成了采用蓝牙Wi-Fi无线连接功能各种玩具则出现了爆炸式增长。 在商场货架上,可以看到各种各样的机器人、无人飞机和许多游戏机都集成了无线接口。 现在,这些玩具能以高性价比方式集成无线接口、多轴、小尺寸显示屏、触控以及其它功能,而这一切要归功于这些元件的实现成本已大幅降低。

在手机、平板电脑中使用的此类器件已大批量生产,导致了元件成本急剧下跌。这两种设备都集成了 Wi-Fi 和蓝牙收发器,以及作为基本规范一部分的运动传感器陀螺仪接收器、触控屏。 不仅无线连接的成本在下滑,而且在最新一代互连玩具中也能找到身影的多轴传感器、以及其它元件的成本也在下滑。 此外,由于大多数玩具倾向于由电池驱动,因此功耗也是所有这些元件的一个关键要求,从而促进了低功耗蓝牙标准 (BLE) 及其最新姊妹标准——智能蓝牙的采纳。

那么,什么是智能蓝牙呢? 从本质上讲,智能蓝牙和低功耗蓝牙相同,但后者采用通用属性规范 (GATT),在属性协议 (ATT) 顶层构建。 GATT 规范为按照 ATT 传输和存储的数据确定了通用工作模式和一个构架。 GATT 为低功耗蓝牙硬件定义了服务器和客户端角色。 由于 GATT 用于发现服务,因此 GATT 和 ATT 规范在低功耗情况下属于强制执行的规范。 软件开发人员使用 GATT 能够很容易地简化手机或平板电脑与玩具之间的发现和链接过程。

在蓝牙开发者文档的术语中,GATT 规范规定了规范数据交换的结构。 这种结构定义了规范中使用的服务和特征等基本要素。 这个层级结构的顶层就是规范。 一个规范包括完成使用实例所必需的一个或多个服务。 服务则由特征或对其它服务的引用组成。 每个特征包括一个值并可能包含有关该值的可选信息。 服务、特征和特征的组成(即值和描述符)包含规范数据,且均保存在服务器上的属性中。¹

低功耗蓝牙标准旨在通过建立非常快的连接(若干毫秒)并传输极少量数据来降低功耗。 这些技术可以将功耗降至传统蓝牙的十分之一。 BLE 设备可以进入休眠模式,并在发生事件活动时唤醒。 而且,其最大功耗小于 15 mA,平均功耗约 1 µA。 因此,一颗小型(例如 CR2032)便可为设备供电长达 10 年之久。

对于寻求在功耗敏感的小型便携设备中添加 BLE 或者智能蓝牙的设计人员,可以考虑 BL600 系列模块(LairdTechnologies 提供)。 BL600 模块基于 Semiconductor 的 nRF51822 芯片组,在紧凑的 19 x 12.5 mm 基底面内实现了低功耗和很好的覆盖范围。 该模块包含支持 BLE 应用开发所需的全部硬件和固件。 BL600 模块也完全通过了蓝牙终端产品鉴定,设计人员可直接将其集成到设备中,无需再进行蓝牙鉴定。

同样,Panasonic 的 PAN1326/1316 系列 RF 模块也同时具备了低功耗蓝牙和智能蓝牙连接功能。 这种技术融合为短距离应用创造了一种低成本、超低功耗无线网络解决方案。 PAN1326/1316 主机控制接口 (HCI) 系列还为 Texas Instruments 的 CC2564 器件提供了模块格式,使其方便使用。 的小型基底面技术能让模块基底面(含天线)缩小至仅 85.5 mm²。 这些模块可以容纳 1.3mm 焊线间距、至少为两层结构的PCB,从而简化了制造、实施过程。

Panasonic 还针对三种蓝牙标准提供三模开发模块。 这种模块可直接插入 Panasonic 以及 Texas Instruments 的MSP430和 Stellaris 实验板中,并带来了针座优势,以简化原型的布线和现场试验。

一个玩具即是一个嵌入式控制系统

互连玩具的基本架构非常类似于嵌入式控制系统——通常包括一个中央控制处理器,带有本地存储器、功能、用于连接多轴传感器或开关的各种信号输入、控制一个或多个电机的附加输出信号、一个显示屏或指示灯,或一些其它功能,此外,还配备用于连接 Wi-Fi 和/或蓝牙无线电的无线接口(图 1)。 今天的控

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