Модуль Orchid 1 Bluetooth 0 ble с низким энергопотреблением



Скачать 158.89 Kb.
Pdf просмотр
Дата12.11.2016
Размер158.89 Kb.
Просмотров173
Скачиваний0

КОМПОНЕНТЫ |
БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ №1 ’15 60
Модуль Orchid 1
Bluetooth 4.0 BLE
с низким энергопотреблением
Модуль Orchid 1 (внутрифирменное название
BCS-U1623) представляет собой законченный
Bluetooth 4.0 Low Energy Profile (BLE) модуль на базе чипа CSR1010. Модули Orchid 1 ра- ботают в диапазоне открытых частот ISM:
2402–2480 МГц.
Спецификация с низким энергопотреблением
Bluetooth BLE 4.0 разработана между народным объединением SIG (Bluetooth Special Interest Group) специально для использования в батарейных устройствах, в которых требуется продолжительная автономная работа без подзарядки. Благодаря ис- пользованию специального алгоритма работы, при котором передатчик включается только на время передачи данных, в модуле Orchid 1 удалось до- стигнуть энергопотребления <5 мкА.
В спецификации Bluetooth 4.0 предусмотрено два типа устройств: Single -mode и Dual-mode.
Базовые чипсеты Singlemode поддерживают работу только в соответствии со спецификацией
4.0. Чипсеты Dual-mode могут работать как с поддержкой Bluetooth 3.0, так и с поддержкой
Bluetooth 4.0.
Модуль Orchid 1 относится к категории Single- mode. Устройства этого типа предназначены прежде всего для беспроводных портативных электронных устройств, использующихся в телемедицине, персональных трекерах, ми- ниатюрных промышленных сенсорах и других аналогичных устройствах. BLE-модуль Orchid 1 является законченным, полнофункциональ- ным устройством Bluetooth и содержит чипсет
CSR1010, периферийные блоки и интерфейсы, а также встроенные программные стеки раз- личных протоколов, позволяющие создавать потребительские приложения [1]. Встроенная антенна, стек Bluetooth-протоколов, гибкие аппаратные интерфейсы позволяют легко интегрировать модули в существующее обо- рудование.
Питание модуля Orchid 1 может быть реализо- вано от стандартных батарей или аккумуляторов с напряжением 2,5–3,6 В. В модуле предусмотрен режим максимального энергосбережения, при котором ток потребления составляет всего 5 мкА.
Чтобы привести модуль в рабочее состояние, требуются десятые доли миллисекунды.
Модуль выполнен в конструктиве для пе- чатного монтажа. Все интерфейсные группы выведены на контактные площадки корпуса.
Габаритные размеры 16
×23×2,3 мм. Внешний вид модуля показан на рис. 1.
Структурная схема и описание
Блок-схема модуля Orchid 1 показана на рис. 2.
Основой модуля Orchid 1, определяющей его архитектуру и отличительные особен- ности, является базовый чипсет CSR1010 [2].
Он содержит на одном кристалле элементы, необходимые для создания устройств с под- держкой технологии Bluetooth 4.0.
Управление модулем осуществляется через порт UART (Tx, Rx). В спящем режиме макси- мальная скорость передачи составляет 2400 бит/с.
Максимальная скорость передачи в обычном режиме работы — 2 Мбит/c. Интерфейс UART может быть использован для перезагрузки мо-
Модули Bluetooth и Wi-Fi производства GlobalTop Technology
Виктор Алексеев, к. ф.-м. н.
Александр Беспалов
alexandr.bespalov@eltech.spb.ru
Тайваньская фирма GlobalTop Technology (GlobalTop), основанная в 2006 г., получила
признание в мире, прежде всего, благодаря уникальным разработкам и производству
модулей спутникового позиционирования GPS и ГЛОНАСС. В статье пойдет речь
о новом направлении для компании: Bluetooth v 4.0 BLE и Wi-Fi-модулях. Широкое
применение такие устройства найдут в различных бытовых, торговых, промышленных
и медицинских приложениях, где требуется беспроводная передача информации.
С 2015 г. Wi-Fi- и BLE-модули производства GlobalTop будут поставляться в Россию.
Рис. 1. Внешний вид модуля BCS-U1623

WWW.WIRELESS-E.RU
| КОМПОНЕНТЫ
61
дуля. Так, например, при подаче длительного сигнала логического нуля на вход UART_RX модуль будет перезагружаться.
Двухпроводной интерфейс I
2
C имеет две линии — I
2
C serial clock line и I
2
C serial data line — и может быть использован для связи с внешней EEPROM или другими периферий- ными устройствами или датчиками. В этом интерфейсе поддерживаются скорости 100 и 400 кГц.
SPI используется как двухпроводной после- довательный интерфейс для внутрисхемной отладки и перепрограммирования чипсета.
Через этот интерфейс можно программиро- вать весь объем Flash-памяти, останавливать и запускать выполнение пользовательских программ, выполнять инструкции по обслу- живанию ядра. Кроме того, через отладочный интерфейс осуществляется управление квар- цевыми генераторами частоты.
Память ROM/RAM предназначена для записи и хранения данных. Это специально разрабо- танная модель с ультранизким энергопотребле- нием. Она сохраняет работоспособность, когда цифровая часть модуля отключена.
Модуль имеет пять цифровых программи- руемых пользовательских вводов/выводов
GPIO и три аналоговых ввода/вывода AIO.
Цифровые вводы/выводы GPIO включают пять двунаправленных, программируемых линий, поддерживающих сигналы в диапазоне 1–3,6 В.
Вводы/выводы GPIO могут конфигурироваться с помощью внутреннего программного обе- спечения с таким расчетом, чтобы работать в качестве повышающей (pull-up) или по- нижающей (pull-down) линий. Аналоговые вводы/выводы, поддерживающие сигналы в диапазоне 0–1,35 В, могут быть сконфигури- рованы как входы АЦП чипа CSR. Кроме того, эти линии можно использовать для вывода аналогового сигнала.
Два кварцевых генератора с частотами 32,768 кГц и 16 МГц предназначены для работы модуля в различных режимах энергосбережения. Таймер режима «сна» (SM) также является специально разработанным устройством со сверхнизким током потребления. Встроенный стороже- вой таймер предназначен для перезагрузки модуля в случае «зависания» программного обеспечения.
Встроенная антенна модуля гарантирует высокую эффективность приема сигнала при работе на открытом воздухе в зоне прямой видимости. Однако следует учитывать, что эффективность чип-антенны очень сильно за- висит от деталей и материалов, экранирующих антенну, а также от источников радиочастотных помех. Этому вопросу нужно уделить особое внимание при проектировании конечного обо- рудования. При неправильном размещении модуля со встроенной антенной на печатной плате или в корпусе прибора эффективность действия антенны может составлять всего не- сколько процентов.
Технические характеристики модуля
BCS-U1623 (Orchid 1) приведены в таблице 1.
Встроенные стеки
Модули серии Orchid 1 имеют встроенный стек протоколов, обеспечивающий полную функциональность работы в соответствии со стандартом Bluetooth v4.0 Low Energy.
Для реализации пользовательских приложений компанией GlobalTop разработаны и бесплатно предоставляются следующие профили:
• Proximity (измерение удаленности до объ- екта);
• Find me (определение местонахождения объекта);
• SPP (беспроводной последовательный порт);
• Lightning (управление освещением).
Отладочный набор
Для настройки оборудования, разрабаты- ваемого на базе модулей BCS-U1623, можно использовать отладочный комплект Orchid 1
Development kit [3]. В его состав входят: плата с модулем BCS-U1623, отладочные кабели, блок питания. Отладочная плата позволяет в кратчайшие сроки оценить возможности модуля Orchid 1. Внешний вид отладочного набора для Orchid 1 по- казан на рис. 3.
Рис. 2. Структурная схема модуля BCS-U1623
Т а б л и ц а 1 . Технические характеристики модуля BCS-U1623 (Orchid 1)
Наименование
Значение
Стандарт
Bluetooth, BLE, v.4.0
Базовый чип
CSR 1010
Частота, МГц
2402–2480
Чувствительность приемника, дБм
–92,5
Выходная мощность, дБм
7,5
Скорость передачи данных, Мбит/с
1 (GFSK, 250 кГц)
Ширина канала, МГц
2
Метод модуляции
GFSK
Напряжение питания, В
2,5–3,6
Ток потребления
Режим энергосбережения 5 мкА; режим стандартной приемопередачи RX/TX — 20 мА (пиковое значение)
Протоколы стека Bluetooth
Bluetooth 4.0 host stack: ATT, GATT, SMP, L2CAP, GAP
Индикация уровня принимаемого сигнала
RSSI monitoring
Режимы работы
Master/Slave
Антенна
Встроенная антенна Bluetooth
Пользовательские вводы/выводы
5 GPIO, 3 AIO
Память
Встроенная память Flash/EEPROM
Контроль зависания системы
Watchdog timer
Протоколы безопасности
AES-128 Encryption security profi le
Диапазон рабочих температур, °C
–20…+75
Диапазон температур хранения, °C
–30…+85
Габаритные размеры, мм
16 23 2,3
Вес, г
1,3

КОМПОНЕНТЫ |
БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ №1 ’15 62
По оценкам специалистов, продукция с под- держкой Bluetooth 4.0 BLE в ближайшие годы займет лидирующее место на рынке бытовых беспроводных устройств. Как показывает практика, наибольшее распространение моду- ли Orchid 1 могут получить в таких областях, как управление освещением, медицинское оборудование, портативное и переносное оборудование.
Wi-Fi-модуль Ivy 1
Ivy 1 (внутреннее название WRM-U2535) представляет собой законченный Wi-Fi-модуль, изготовленный на основе чипа Ralink RT5350
(Ralink Technology Corp) [4].
Основным преимуществом Wi-Fi перед другими технологиями (Bluetooth, ZigBee) является высокая скорость передачи и совме- стимость с бытовым оборудованием, таким как планшетные компьютеры и смартфоны. Так, например, максимальная скорость передачи данных, которую может поддерживать Ivy 1, достигает 150 Мбит/с. Благодаря такой высокой скорости, миниатюрным размерам (25
×35×4,8 мм) и низкой цене модуль Ivy 1 найдет применение во многих отраслях.
Модуль Ivy 1 предназначен для организации высокоскоростных, беспроводных локальных сетей для выхода в Интернет, систем беспроводной передачи видеоинформации, промышленной телеметрии, бытовой техники и многих других аналогичных приложений (рис. 4).
Модуль Ivy 1 поддерживает стандарты
802.11b/g/n на центральной частоте 2,4 ГГц. Выбор режима работы реализуется с помощью про- граммного обеспечения Ralink [5]. Структурная схема модуля показана на рис. 5.
Базовый чип Ralink RT5350 полностью соответствует всем требованиям стандарта
IEEE 802.11n. Встроенный процессор с ядром
MIPS24KEc обеспечивает высокопроизво- дительную обработку данных и управление
Wi-Fi-приложениями с частотой 360 МГц.
Поскольку RT5350 содержит на одном кри- сталле практически все необходимые составные части, то для реализации законченного модуля
WRM-U2535 потребовалось всего несколько дополнительных блоков: система электро- питания, память (Flash/SDRAM) и контроллеры интерфейсов. Для работы модуля в минималь- ной конфигурации достаточно подать на него питание и подключить линии UART.
Полоса частот и подчастоты для устройств стандарта 802.11 выделяются и регламентиру- ются в каждой конкретной стране. В Российской
Федерации в соответствии с действующими нормативами разрешена эксплуатация всех вариантов стандартов 802.11a/b/g/n на всех базовых частотах.
Модуль Ivy 1 может работать с использо- ванием 13 европейских каналов в диапазоне частот 2412–2472 МГц. Также модуль может работать в японских и американских диапа- зонах частот.
Чувствительность приемника составляет –86 дБм
(опорный уровень на милливатт). Максимальная мощность передатчика в режимах 802.11b/g/n составляет соответственно 18, 15 и 13 дБм.
Питание модуля 3,3 В. Максимальное пиковое значение тока потребления составляет 500 мА по входу 3,3 В и 600 мА по входу 1,2 В. Реальный средний ток потребления значительно меньше и зависит от режима работы модуля.
Модуль Ivy 1 имеет двухпроводной интерфейс
UART (Tx/Rx). Этот интерфейс предназначен для обмена данными со внешними устройствами по последовательному порту. Этот интерфейс позволяет передавать данные со скоростями до 345 600 бит/с. Данный интерфейс может быть также использован для конфигуриро- вания модема.
В том случае когда модуль WRM-U2535 под- ключен по последовательному порту к другому внешнему устройству, задействованы будут два сигнала UART_Rx и UART_Tx, обеспечивающие передачу данных между двумя устройствами.
Аппаратная часть UART выполнена с исполь- зованием TTL-логики.
Программное обеспечение модуля позволяет менять базовые параметры UART, например такие, как скорость передачи, формат пакета и др. Следует обратить внимание на то, что для работы с внешним ПК на максимальных скоростях необходимо использовать дополни- тельный адаптер последовательного порта.
Для высокоскоростной передачи данных можно использовать встроенный интерфейс
USB 2.0. Он поддерживает скорость передачи данных до 480 Мбит/c. USB интерфейс поддер- живает режимы host и device. Для подключения используются линии USB_DP и USB_DN, ко- торые соединены непосредственно с базовым чипом RT5350.
В модуле Ivy1 имеется два физических порта
Ethernet. Для полноценной реализации интер- фейса связи по технологии Ethernet требуется подключить внешние трансформаторы.
Базовый чип RT5350 поддерживает два порта
SPI, предназначенные для отладки и програм- мирования, а также замены прошивки модуля.
Этот порт используется для конфигурирования
PSKEY. При подключении SPI используются стандартные выводы MOSI, MISO, CSB, CLK.
Порт I
2
C модуля поддерживает сигнальные линии I
2
C Clock, I
2
C Data и обеспечивает скорости передачи в диапазоне 100–400 кГц. Эти после- довательные шины данных используются для соединения низкоскоростных периферийных компонентов с базовым чипом.
В модуле WRM-U2535 поддерживаются три конфигурируемых ввода/ввода (GPIO#17, 18,
19 — Pin 21, 19, 17). Эти линии могут быть ис- пользованы в качестве вводов/выводов общего назначения, аналоговых вводов, а также в качестве исполнительных вводов встроенных функций.
Выводы конфигурируются с помощью при- кладного программного обеспечения. При этом одни и те же выводы могут быть использованы для реализации различных интерфейсов.
В модуле WRM-U2535 в цифровом аудио- интерфейсе I
2
S (Integrated Inter-chip Sound) поддерживается четыре сигнала:
• I2SCLK (Pin1) — тактовый сигнал аудио- формата;
• Digital audio format _I2S Clock
• I2SWS (Pin3) — конфигурирование каналов аудиоформата;
• I2SSDO (Pin 5) — сигнал передаваемых данных аудиоформата;
Рис. 3. Внешний вид отладочной платы
Orchid 1 Development Kit
Рис. 4. Внешний вид модуля Ivy 1
Рис. 5. Структурная схема модуля Ivy 1

WWW.WIRELESS-E.RU
| КОМПОНЕНТЫ
63
• I2SSDI (Pin7) — сигнал принимаемых данных аудиоформата.
Интерфейс I
2
S может быть настроен на прием или передачу в режимах Master/Slave и обе- спечивает оцифровку по 16 разрядам со ско- ростями 8, 16, 22,05, 441,1, 48 кГц. Интерфейс поддерживает передачу стереозвука в режиме
32-byte FIFO.
Модуль Ivy 1 оснащен также современным цифровым аудиоинтерфейсом с поддержкой импульсно-кодовой модуляциии (Pulse Code
Modulation Interface, PCM). Цифровой PCM- интерфейс поддерживает четыре сигнала
(PCMFS, PCMCLK, PCMDRX, PCMDTX) с ча- стотой дискретизации 256 кГц и обеспечивает перечисленные ниже параметры:
• 16 бит — линейность;
• 8 кГц — частота семплирования;
• 2 PCM-канала (4×128 слота), поддержи- вающих передачу низких и ультранизких диапазонов;
• программируемая продолжительность формирования кадра;
• общая синхронизация для приема и пере- дачи.
Технические характеристики модуля
WRM-U2535 приведены в таблице 2.
Модуль выполнен как законченное устройство.
Все интерфейсные группы выведены на два стан- дартных штыревых разъема. Для подключения антенны используется стандартный разъем типа
I-PEX. Размеры платы и интерфейсных разъемов по- казаны на рис. 6.
Литература
1. GlobalTop Technology Inc. BCS-U1623. BLE Module.
Datasheet (Tape Reel). Revision: V0E. 2015.
2. CSR
µEnergy CSR1010 QFN. Cambridge Silicon
Radio Limited 2012–2015.
www.csr.com
3. www.csr.com/products/csrmesh-development-kit
4. GlobalTop Technology Inc. WRM-U2535 Wi-Fi
Standalone Module Data Sheet, Revision: V01.
5. Datasheet RT5350, Ralink, DSRT5350_V1.0_
112510 -1-Form No. QS-073-F02
Рис. 6. Размеры платы и интерфейсных разъемов модуля WRM-U2535
Т а б л и ц а 2 . Технические характеристики Wi-Fi-модуля WRM-U2535
Наименование параметра
Значение
Базовый чип
RT5350
Стандарт
IEEE 802.11 b/g/n
Радиус действия, м
300–500
Структура беспроводной локальной среды
1T1R Mode
Антенна
Разъем iPex (PIFA optional)
Диапазон частот, ГГц
2,400–2,4835 (в зависимости от стандарта b/g/n)
Количество частотных каналов
IEEE802.11n 20/40 МГц;
IEEE 802.11b/g;
Европа (CE): 13 каналов в полосе 2,412–2,472 ГГц;
США, Канада (FCC): каналов в полосе 2,412–2,462 ГГц;
Япония (TELEC): 14 каналов в полосе 2,412–2,4835 ГГц
Скорость передачи
IEEE 802.11n: до 150 Мбит/с;
IEEE 802.11b: 1, 2, 5,5, 11 Мбит/с;
IEEE 802.11g: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Мбит/с
Интерфейсы пользователя
GPIO, SPI, I
2
C, I
2
S, PCM, UART, JTAG, WAN, LAN
Протоколы безопасности
64/128-bits WEP, TKIP,WPA, WPA2, AES, WPS
Режимы работы
AP/Client
Выходная мощность (EIRP)
IEEE 802.11n HT40 MCS7: +13 дБм;
IEEE 802.11b CCK: +18 дБм;
IEEE 802.11g OFDM: +15 дБм
Чувствительность приемника
66 дБм при условиях HT40 MCS7;
–73 дБм при скорости 54 Мбит/с;
–86 дБм при скорости 11 Мбит/с
Максимальный ток потребления
Вывод на внешнее устройство: 500 мА при 3,3 В; 600 мА при 1,2 В; LDO 600 мА
Память
Flash 32 Мбайт, SDRAM 16 16 Мбайт
Базовое напряжение питания, В
3,3; 1,2
Интернет-протокол IPV4,
IPV6
DHCP Client/Relay/Server
DNS
Dynamic, Cache/Proxy
Протоколы доступа
MAC/IP/Port Filter
Защита
Firewall
Сертификаты FCC/CE
Протоколы безопасности
WEP 64/128, TKIP, WPA, WPA2 mixed, 802.1x and 802.11i
Аутентификация
802.1X RADIUS Client
Контроль качества приема-передачи
QoS-WMM.WMM-PS
Габаритные размеры, мм
25 35 4,8


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал