讲座视频 - 低功耗蓝牙 - 无线

[音乐播放] 大家好，我是 John Valvano。这节课我们将介绍 低功耗蓝牙。 这是第一个视频，在这里我们将 专注于无线通信的 一般原则。 我们将介绍物联网。 我们将讨论一些有关无线通信工作 原理的细节，并开始我们解决 问题的第一步。 在本实验中，我们将会 使用 CC2650，该器件独立于 MSP432 之外的 另一个微控制器。 它可以进行无线通信。 它可以进行无线通信。 那么，让我们开始吧。 我们学习本章的动机 -- 看一下我们的网络， 随着通信节点的增加， 将会发生什么？ 将会发生什么？ 换句话说，如果我们只有两个节点 -- 如果我只有我自己和我的好友，在这种情况下， 是相当容易的。 我只需用线将其连接起来。 但是，随着我系统中的节点数量的增加， 内部连接的复杂性将会随之增加。 对于一个实际上只有 13 个节点的系统而言， 如果我想让每个节点都彼此相连，将会 需要很多导线。 所以，我们想要一种可以将多个设备连接在一起的方式， 而无需以成对的方式 逐一进行连接。 我们可以看到一个互联网模型， 这是从物联网角度观察到的 互联网模型。 换句话说，我们拥有许多网络， 我们在我们的世界中拥有多个网络， 在这里，我们的设备 通过路由器或接入点彼此相连。 然后，这些网络会连接到互联网。 然后，这些网络会连接到互联网。 因此，这里的一个节点的信息 可以通过互联网流到那里的另一个节点。 如果我们想要通过互联网 将我们的机器人连接至这个世界，这便是 我们的工作流。 我们需要两样东西。 我们需要一个能够连接至路由器的方式， 以及需要一个已经连接到互联网的 路由器。 如果我们想把我们的机器人连接到这个世界， 这便是我们需要的两个步骤。 当我们想到物联网时， 我们便会将其中的一个节点 想象成微控制器。 因此，如果您有一个微控制器，而且这个微控制器 能够连接至路由器， 或连接至互联网， 那么它便成为了智能物件， 而且它归属于物联网， 因为这些东西都是物体，而且它们通过互联网 实现了连接。 现在，我们可以拥有电话 或机器人等智能物件。 我们还可以拥有我们想要与之连接的 存在于某处服务器上或云中的对象。 这一节的目标是， 连接微控制器 -- 第一步是使用无线方式将我们的微控制器 连接至智能设备。 但是，正如您在这个模型中所看到的， 微控制器现在非常流行，因为它们现在 具有可以测量外界事物的传感器。 而且它们还有导致某事件发生的 执行机构。 所以我的车库门可以上下移动， 我可以查看前门的安保摄像头。 这些都是非常强大的东西， 我们希望能够将这些东西连接到互联网， 使其成为互联网上的东西之一。 我们遇到的挑战之一是 市场上有成百上千的制造商， 如何才能将事物标准化呢？ 在这一章中，我们将会了解两个标准 或者说方法。 第一个标准是蓝牙， 我们使用的简单网络处理器则是 另外一个标准。 一个是硬件和软件标准， 另一个则只是软件标准。 但是，我们将使用这两个标准，从而使 我们的设备能够与其他设备通信， 而这些其他设备不需要我们自己建造。 我们会遇到不同的技术、供应商和公司。 这是一个持续的问题。 在您构建一个设备后，它很快便会落伍， 所以，我们需要构建一个能够使设备进化 或重复使用的方式，从而使我们在竞争中 保持优势。 在这个领域内，这种进化是一个非常重要的问题， 它可以让您的设备避免落伍。 它必须能够保持稳定。 一些嵌入式设备会存在于对安全要求很高的环境中， 所以，它必须保持稳定。 它必须很精确。 它非常复杂，因此我们将会看到， 为了处理这种复杂性， 我们将不得不进行抽象， 这是低功耗蓝牙协议的另外一种方式， 在这种方式中，您将会把简单网络处理器视为 一种抽象。 正如我所提到的，这是互联网， 这里可能会有数十亿的节点， 所以我们必须要能够处理 这种规模的问题。 每个人都希望确保安全性。 我们不希望其他人操纵我们的机器人， 所以我们必须确保我们知道是谁 在和我们的机器人交谈。 我们必须确保其他人看不到 我们在做什么。 而且我们必须确保 它是可用的，这是一个非常难以解决的问题。 因此，您会希望与具有整套解决方案的 芯片供应商合作，例如 SimpleLink， 以解决所有这些问题。 我们只需在 SimpleLink 生态系统内 完成一件简单的小事即可。 正如我们在上一章所做的， 通信涉及编码、传输和解码。 现在，这种复杂性又稍有增加， 因为我要做的是，我将把我的数据 编码为一个电磁能量包， 并使用无线方式进行发送。 在实验 18 中，通道即两者之间的导线， 这是一个导向型媒介的例子-- 导线或光纤是导向型媒介。 低功耗蓝牙和 Wi-Fi -- 在下一章 -- 是非导向型的例子， 因为这种能量会向各个方向传播，只有一部分会 最终传入接收器。 在传输的过程中，振幅会降低， 波形会改变， 并且会增加噪声。 这三个因素都是导致解码器 解码失败的原因。 因此，通信的过程就是 将我的信息编码为能量包。 通过空气传播这种能量。 然后，在另一端通过无线电接收到这种能量。 然后，对其解码，还原出我的信息。 这就是蓝牙和 Wi-Fi 的 工作过程的本质。 它存在于空气中的什么地方？ 它存在于微波波段。 因此，如果您了解电磁频谱， 您应该知道，它属于真正安全的频率， 就像无线电波和电视一样。 再往上一直到真正危险的波段， 比如 X 射线和伽马射线。 在微波波段中，2.4GHz 的附近， 我们将在这个波段内进行蓝牙通信。 让我们将这里放大，看看信号是在哪个位置。 我们将会讨论 Wi-Fi， 讨论无线，所以让我们看看其他选择。 在下一章中，我们将使用 Wi-Fi， 这是一个非常快的协议。 该协议会使用两个不同的频率 -- 2.4GHz 和 5GHz。 高度安全，但不是低功耗。 蓝牙和低功耗蓝牙 -- 它们实际上是 两个独立的协议。 我们正在介绍的是低功耗蓝牙 -- 这是一个功耗非常低的协议，但速度不是很快。 我们将看到，我们不会每秒 发送大量数据，但该协议对于 我们的物联网来说是可以接受的， 因为我们将收集并发送一些数据。 蓝牙适合在较为拥挤的房间内使用， 适合周围有许多 其他蓝牙设备的环境。 这是一个功耗相当低的协议。 如果您想要更低的功耗， 那么您可以使用ZigBee 之类的协议， 但是 ZigBee 本身不具有安全基础。 它还是一个非常慢的系统，但是它的功耗较低。 因此，如果您需要的是不安全的低功耗通道， 可以考虑 ZigBee，而不是 低功耗蓝牙。 显然，我们将在这一章中 讨论低功耗蓝牙。 这里是它包含的所有频率。 记住，它们处于 2.4GHz， 这些都是 2.4GHz。 40 个子带中， 每个子带都是大约加或减 1MHz。 同时，该标准的通信方式，它与其他 信号交互从而尝试进行通信的方式是， 它将会跳频。 其中的几个频率 用于执行配对，所以我们将会 在很快时间内看到无线广播设备。 然后，低功耗蓝牙本身 会通过这几个频带进行通信。 这些频带都是专门选择的， 均远离三个Wi-Fi 频带， 您可以看到，这三个频带占用了大量的频率。 所以，当蓝牙尝试通过同一空间在相同的 频率内发送数据时，它可以说是被挤压在 Wi-Fi 之间的夹缝中。 这一功能已完全内置于 CC2650 中。 我们不必再编写代码来实现这一点。 但是您知道，MSP430 和 MSP432 都是低功耗处理器，低功耗蓝牙 是一种低功耗协议。 它实现低功耗的方式与其他所有 类似事物相同，那就是大部分时间都处于睡眠状态。 所以，实际睡眠时间所占的 百分比越高， 平均电流越低。 在连接事件期间，即当它实际传输数据时， 电流要大得多。 但是当它进入睡眠时，电流会几乎变成零。 平均下来，便会得到一个非常低的平均电流， 这便是低功耗蓝牙的工作方式， 它大部分时间都处于睡眠状态。 它的物理形式是怎样的？ 如果您想在一个微控制器和另一个微控制器之间通信， 我们会有两个射频微控制器。 同样，我们将使用 CC2650。 它会在这里有一根天线， 而且它会通过 2.4GHz 的无线电频率 进行通信。 这样，我们便可以使用该协议 从一个控制器向另一个发送数据。 接下来，我们要做的是将其从 这里 -- 这是我们的 MSP432， 这将是我们的智能设备，如手机， 最终发送到这里。 而且，我们将使用相同的协议。 同样，由于它连接到了手机， 手机又接入了互联网， 因此，这个机器人现在可以加入物联网 与这个世界进行通信。 标准化非常重要，而且它会 使用无线电进行通信。 我们了解了它是如何实现低功耗的。 它能够实现低功耗是因为它大部分时间都处于睡眠状态。 通过上面的方式，我们简要介绍了 无线技术的工作方式。 在下一个视频中，我们将稍微增加对 蓝牙本身的讨论。 [音乐播放]