智能蓝牙技术原理及设计方案集锦

护仪模拟前端

　　② 利用 TI CC2541 内部 8 通道的 12 位 ADC 对模拟前端的心率信号进行采用

　　③ 蓝牙无线传输采用 TI CC2541 蓝牙 4.0 单模 BLE 片上系统（SoC）解决方案芯片

　 　CC2541 是一款针对 低能耗以及私有 2.4-GHz 应用的功率优化的真正片载系统 （SoC） 解决方案。 它使得使用低总体物料清单成本建立强健网络节点成为可能。 CC2541 将领先 RF 收发器的出色性能和一个业界标准的增强型 8051 MCU、系统内可编程闪存存储器、8-KB RAM 和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起。 CC2541 非常适合应用于需要超低能耗的系统。 这由多种不同的运行模式指定。 运行模式间较短的转换时间进一步使低能耗变为可能。

CC2541方框图

　　详细资料：cc2541:2.4GHz蓝牙低能耗和私有片载系统

基于蓝牙BLE的温湿度传感器节点设计方案

　　1.引言

　　在智能家居和物联网飞速发展的背景下，基于蓝牙4.0标准的低功耗蓝牙 （Bluetooth Low Energy，BLE）技术正被逐步地为人们重视。随着兼容蓝牙4.0标准的智能手机逐步普及，低功耗蓝牙技术也面临着越来越广泛的应用。本设计采用了基 于BLE技术的nRF51822(＄1.6604)蓝牙SoC芯片和SHT11温湿度传感器设计了一种基于低功耗蓝牙技术的温湿度传感器节点，能够将节点位置的温度和湿度发 送给主机用于显示，可广泛应用于家庭、车间、仓库的温湿度监控。节点采用了低功耗设计，可用一枚纽扣电池供电，实际使用时间可达1年以上。

　　2.系统结构

　 　本设计的系统结构如图1所示，系统的处理器模块由nRF51(＄1.6604)822构成，温湿度传感器件采用SHT11，电源采用纽扣电池供电；由处理器模块、温湿度传 感器模块、天线模块、电源模块构成的节点与主机通过2.4GHz的低功耗蓝牙信号通信，主机采用智能手机运行信息采集显示的APP。多个节点可利用应用层 协议与主机组成星形网络。

　　图1 系统结构图

　　3.硬件电路

　　温湿度传感器节点硬件的系统构成如图2所示。

　　图2 硬件系统结构图

　　3.1 处理器模块

　 　处理器模块选用Nordic公司的nRF51822芯片。nRF51822是具有CORTEX-M0低功耗内核，支持BLE、Gazell等多协议的低 功耗高速率射频收发器的 SoC。其具有高集成度、低成本、处理能力强、低功耗、小体积等优势，非常适合低功耗蓝牙产品的应用。该芯片具有以下特性：具有Cortex-M0内核， 片上256KB FLASH，16KB RAM，片内包含支持BLE协议的2.4GHz射频收发器。软件可编程输出功率，最高可达+4dBm的输出功率，输出+4dBm功率时，最高工作电流仅为 10.5mA。休眠模式仅为2uA电流。片内包含10-bit ADC、RTC、TWI、SPI、UART等模块，提供最多32个GPIO，具有16个PPI通道。

　　nRF51822芯片的外围电路简单，采用单端供电，可以使用片内线性稳压器（LDO），输入电压1.8-3.6V；外接16MHz晶振；并配以相应的射频匹配电路。电路图如图3所示。

　　图3 nRF51822电路图

　　3.2 温湿度传感器

　 　温湿度传感器采用SHT11。SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。主要特点如下：将温度感测、湿度感测、信号变 换、 A/D转换和加热器等功能集成到一个芯片上；提供二线数字符串行接口，接口简单，传输可靠性高；测量精度可编程调节；测量精确度高；封装尺寸超小；测量和 通信结束后，自动转入低功耗模式。

　　处理器模块利用二线串行数字接口和温湿度传感器芯片SHT11进行通信。DATA数据线需要外接上拉 电阻，电源与地之间要加100nF去耦电容。时钟线SCK用于微处理器和SHT11之间通信同步，由于接口包含了完全静态逻辑，所以对SCK最低频率没有 要求；二线串行数字接口不兼容I2C，必须按照传器协议工资。硬件连接如图4所示。

　　图4 SHT11连接电路图

　　3.3 电源及外围电路

　　电源采用纽扣型电池CR2032(＄0.1463)，系统设有1个按键与1个LED指示灯，用于连接测试与显示通信状态。电路如图5所示。系统预留SWD编程调试接口。系统使用板载PCB天线，有效通信距离可达10米。

　　图5 电源及外围电路

　　4.软件设计

　 　系统软件设计是根据BLE协议，在BLE协议栈基础上构建传感器节点应用程序。蓝牙4.0的BLE协议栈包含两部分：控制器和主机。协议栈的实现采用分 层方式，控制器部分包括物理层、链路层、主机控制接口层；主机部分包括逻辑链路控制及适配协议层、安全管理层、属性协议层、通用访问配置层、通用属性配置 层；上层可以调用下层提供的函数来实现需要的功能［3］。BLE协议栈的结构如图6所示。

　　图6 BLE协议栈

其中物理层主要定义了通信频率、