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第 11 屆 iT 邦幫忙鐵人賽

DAY 6
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IoT

制霸IoT 30Day!系列 第 6

Day 06 2.4GHz 裝置介紹(二)

2.4GHz 裝置(二)

再來繼續介紹 2.4Ghz 的裝置 然後是 Bluetooth, ZigBee 這部分的裝置。這些有特點就是司要閘道去送資料到網際網路。或者就是區域型基地台直接做接收處理,像是手機與藍牙通訊手機統整資料再發送到雲端或客戶直接操作。

標題文字 WIFI Zigbee 電力載波 Bluetooth
傳輸距離 100-300M 50-300M 500M 1-10M
傳輸速率 300Mbps 250kbps 500Mbps 1Mbps
功耗 10-50mA 5mA zigbee 和 WIFI 之間
特點 應用最廣 可自組網,網路節點數最大可達 65000 個。 可基於電力線傳輸,無需布線。

回顧一下優各個重點

Bluetooth

目前大部分裝置都支援主流 802.11b/g/n,因為目前 WIFI 普及程度完整幾乎家裡都會會有 WIFI 基地台可供上網這就造成是主流的 IoT 裝置。所以是智慧家庭為大宗使用環境

藍牙 發布時間 最大傳輸速度 傳輸距離
藍牙 5.1 2019 48 Mbit/s 300 公尺
藍牙 5.0 2016 48 Mbit/s 300 公尺
藍牙 4.2 2014 24 Mbit/s 50 公尺
藍牙 4.1 2013 24 Mbit/s 50 公尺
藍牙 4.0 2010 24 Mbit/s 50 公尺
藍牙 3.0+HS 2009 24 Mbit/s 10 公尺
藍牙 2.1+EDR 2007 3 Mbit/s 10 公尺
藍牙 2.0+EDR 2004 2.1 Mbit/s 10 公尺
藍牙 1.2 2003 1 Mbit/s 10 公尺
藍牙 1.1 2002 810 Kbit/s 10 公尺
藍牙 1.0 1998 723.1 Kbit/s 10 公尺

BLE CC2540 CC2541

模組基於 Bluetooth4.0 BLE 技術,核心芯片採用 TI(Texas Instruments)的 CC2541,主要面向消費類醫療電子設備、個人運動設備(如跑步鞋和運動手錶)、個人健康維護應用(如心率帶)、休閒、遊戲、HID、遙控設備、計算機移動外設(如無線鼠標)、以及安全或其它空間感測近距離應用,它可實現超低功耗短距離無線連接,使用一顆鈕扣電池可連續工作超過一年。

  • 藍牙協議:Bluetooth Specification V4.0 BLE,收發沒有字節限制
  • 工作頻率:2.4GHz ISM band
  • 調製方式:GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)
  • 靈敏度: ≤-84dBm at 0.1% BER
  • 傳輸速率:Asynchronous: 6 kbps Synchronous: 6 kbps
  • 安全特性:Authentication and encryption
  • 支持服務:Central & Peripheral UUID FFE0,FFE1
  • 功耗:自動休眠模式下,待機電流 400uA~1.5mA,傳輸時 8.5mA。
  • 供電電源:+3.3VDC 50mA

BLE CC2540 CC2541

BLE CC2540 CC2541

Ti CC2541 SensorTag

CC2541 SimpleLink™ SensorTag TI 使用基於 CC2541 的 SensorTag 簡化並加快了藍牙低耗能應用的開發。 SensorTag 將所有的常用傳感器集中在一塊單板上,可快速進行評估和演示。 SensorTag 可與 TI 的 TPS62730(降壓轉換器)協同工作,包括 TI 的 TMP006 IR MEMS 溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、加速計、迴轉儀和磁力計。 SensorTag 的多功能性意味著無限的應用可能性,其中包括健康與健身、醫療、教育工具、玩具、遠程控制、移動電話附件、鄰近和室內定位等領域的應用。

CC2541 SensorTag 套件將藍牙低能耗應用開發的設計時間從數月縮短到數小時,且無需嵌入式軟件的設計知識。 SensorTag 預編程有開始開發智能手機應用所需的 FW,並且 TI 在應用商店裡提供了 SensorTag 應用,方便開發人員獲取所需的工具和軟件示例。

Ti SensorTag

SimpleLink™ SensorTag

Ti SensorTag

SimpleLink™ SensorTag

HM-10 Bluetooth 4.0 Serial Port Module

HM-10 為主從一體模組,具有透傳,遠控,PIO 採集三種功能,通過 AT 指令集進行切換和設置,與您之前用過的藍牙模組一樣,在不改 PCB 和下位機程序的情況下輕鬆升級到藍牙 4.0!

  • 採用 TI CC2540/1 為主從一體模組,通過 AT 指令集進行切換和設置
  • 重量:3.2g
  • 尺寸:46175mm
  • 超低待機功耗 90uA~400uA
  • 超遠連接距離 100 英尺/60 米
  • 超快反應速度 0.4 秒

HM-10 CC2541

HM-10 CC2541 HM-10 Bluetooth 4.0 Serial Port Module

HM-08 Bluetooth 4.0 Serial Port Module

HC-08 藍芽串口通信模組是新一代的基於 Bluetooth Specification V4.0 BLE 藍芽協議的通訊模組。無線工作頻段為 2.4GHz ISM,調製方式是 GFSK。模組最大發射功率為 4dBm,接收靈敏度-93dBm,空曠環境下和 iphone4s 可以實現 80 米超遠距離通信。模組採用郵票孔封裝方式,可貼片焊接,模組大小 26.9mm×13mm×2.2mm,很方便客戶嵌入應用系統之內。

模組採用 TI 的 CC2540 晶片,配置 256K Byte 空間,支援 AT 指令,用戶可根據需要更改角色(主、從模式)以及 UART 串列傳輸速率、設備名稱等參數,使用靈活。

HM-08 CC2540

HM-08 CC2540

ZigBee

Zigbee 是 IEEE802.15.4 協議的簡稱,它來源於蜜蜂的八字舞,蜜蜂(bee)是通過飛翔和「嗡嗡」(zig)抖動翅膀的「舞蹈」來與同伴傳遞花粉所在方位訊息,而 ZigBee 協議的方式特點與其類似便更名為 ZigBee。

ZigBee 協定是由 ZigBee 聯盟制定的無線通訊標準,該聯盟成立於 2001 年 8 月。2002 年下半年,英國 Invensys 公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導體公司共同宣布加入 ZigBee 聯盟,研發名為「ZigBee」的下一代無線通訊標準,這一事件成為該技術發展過程中的里程碑。ZigBee 聯盟現有的理事公司包括 BM Group,Ember 公司,飛思卡爾半導體,Honeywell,三菱電機,摩托羅拉,飛利浦,三星電子,西門子,及德州儀器。ZigBee 聯盟的目的是為了在全球統一標準上實現簡單可靠、價格低廉、功耗低、無線連接的監測和控制產品進行合作,並於 2004 年 12 月發布了第一個正式標準。
ZigBee 主要適合用於自動控制和遠程控制領域,可以嵌入各種設備,其特點是傳播距離近、低功耗、低成本、低數據速率、可自組網、協議簡單。

優點:

  • 功耗低: 對比 Bluetooth 與 WiFi,在相同的電量下(兩節五號電池)可支持設備使用六個月至兩年左右的時間,而 Bluetooth 只能工作幾週,WiFi 僅能工作幾小時。
  • 成本低: ZigBee 專利費免收,傳輸速率較小且協議簡單,大大降低了 ZigBee 設備的成本。
  • 掉線率低: 由於 ZigBee 的避免碰撞機制,且同時為通信業務的固定帶寬預留了專用的時間空隙,使得在數據傳輸時不會發生競爭和衝突;可自組網的功能讓其每個節點模塊之間都能建立起聯繫,接收到的訊息可通過每個節點模塊間的線路進行傳輸,使得 ZigBee 傳輸訊息的可靠性大大提高了,幾乎可以認為是不會掉線的。
  • 組網能力強: ZigBee 的組網能力超群,建立的網絡每個有 60,000 個節點。
  • 安全保密: ZigBee 提供了一套基於 128 位 AES 算法的安全類和軟件,並集成了 IEEE 802.15.4 的安全元素。
  • 靈活的工作頻段: 2.4 GHz,868 MHz 及 915 MHz 的使用頻段均為免執照頻段。

TI CC2530/CC2531

以美國 Ti 公司 CC2430/CC2530 晶片為代表的 Zigbee SOC 解決方案在國內高校企業掀起了一股 Zigbee 技術套用的熱潮。CC2430/CC2530 集成了 51 單片機核心,相比於眾多的 Zigbee 晶片,CC2430/CC2530 頗受青睞。TI 開發套件由專業人士精心設計,具有基於 2004/2006/2007/PRO 協定棧的開發模板、完整的原理圖及例程源碼。 針對 CC2430/CC2530 晶片的 Zigbee 開發套件可與 IAR for MCS-51 集成開發環境無縫連線,操作方便、連線方便、簡單易學,是學習開發 Zigbee 產品最好最實用的開發工具。通過 USB 接口連線電腦,具有代碼高速下載,線上調試,斷點、單步、變數觀察,暫存器觀察等功能,實現對 CC2430/CC2530 系列無線單片機實時線上仿真、調試。該開發套件模板能夠協助初學者和設計人員快速評估及進行多種 Zigbee 套用開發,熟悉掌握硬體原理和協定棧。

特點:

  • 高性能、低功耗的 8051 微控制器內核;
  • 適應 2.4GHz IEEE 802.15.4 的 RF 收發器;
  • 電源電壓範圍寬(2.0 ~ 3.6V);
  • 具有 8 路輸入 8 ~ 14 位 ADC;
  • 高級加密標準( AES)協處理器;
  • 看門狗、電池監視器和溫度傳感器;
  • 1 個通用的 16 位和 2 個 8 位定時器;
  • 2 個支持多種串行通信協議的 USART, 1 個紅外發生電路;
  • 21 個通用 I/O 引腳,2 個具有 20mA 的電流吸收或電流供給能力;

CC2530 DL-22

DL-22 無線串口收發模組 是一款基於 UART 接口的全雙工無線透明傳輸模塊,可以工作在 2400MHz-2450MHz 公用頻段。該模塊採用 TI 的 CC2530 芯片,符合 IEEE802.15.4 協議,通過該模塊可以使傳統的串口設備實現無線傳輸,替換掉複雜的佈線工作。用于點對點通信,廣播通信,即插即用,免開發,使用簡單。

CC2530 DL-22

CC2530 DL-22 無線串口收發模組 CC2530 數據透傳 支援點對點廣播模式 TTL 1000 米長距離

CC2530 開發版主版

CC2530 開發版主版

市面上可以見到的產品

Philips Hue

最有名的 Philips Hue

米家智慧插座ZigBee

米家智慧插座 ZigBee

米家門窗感應器

米家門窗感應器

米家無線開關

米家無線開關

結語

今天主要介紹的 Bluetooth 有家庭應用較多,ZigBee 家庭與工業也都有。

今天就到這了感謝收看

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