對于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備的開發(fā)人員而言，藍牙是一種快速，安全的連接路徑，無線片上系統(tǒng)（SoC）設備已成為實現(xiàn)藍牙設計的現(xiàn)成解決方案。盡管如此，上市時間的壓力仍然在增加，因此即使這些高度集成的解決方案也不盡如人意，需要時間和資源來添加完整物聯(lián)網(wǎng)設計所需的硬件和軟件。

本文介紹了藍牙 - 啟用傳感器板為即時物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供了圣杯，也可以作為家庭或個人使用的定制無線傳感器物聯(lián)網(wǎng)設備的基礎。然后使用電路板的應用程序和板載MEMS麥克風，使用代碼描述一個真實的傳感實現(xiàn)示例。

模塊簡化藍牙

藍牙低功耗（BLE）提供多個優(yōu)勢包括低功耗，高安全性以及移動平臺（包括智能手機，平板電腦和筆記本電腦）的近乎普遍的可用性。雖然低成本收發(fā)器的廣泛應用推動了藍牙連接的快速接受，但這些收發(fā)器仍然需要在RF設計方面的重要專業(yè)知識來構建優(yōu)化設計。

藍牙模塊簡化設計，提供完整的RF子系統(tǒng)，需要工程師簡單地集成MCU和相關的子電路，以構建支持藍牙的系統(tǒng)。諸如Silicon Labs Gecko MCU系列等無線SoC是這一發(fā)展的最新舉措，簡化了實施，同時減小了設計尺寸和成本。

例如，SiLabs EFR32MG1P Mighty Gecko MCU集成了32位ARM? Cortex?-M4內(nèi)核，存儲器，加密硬件加速器，DC/DC轉(zhuǎn)換器，多個外設以及用于2.4 GHz和sub-GHz通信的收發(fā)器（圖1）。

圖1：SiLabs EFR32MG1P無線SoC將完整的基于Cortex-M4的系統(tǒng)與先進的收發(fā)器相結合，能夠支持sub-GHz和2.4 GHz通信。 （圖片來源：Silicon Labs）

無線傳感器板

高度集成，高能效的無線SoC提供了現(xiàn)成的解決方案，但仍然讓設計人員負責實現(xiàn)傳感器接口，I/O連接，電源管理和RF。在電池供電的傳感器節(jié)點中，每個子系統(tǒng)都需要特別注意以確保最小的功耗。特別是，當工程師處理包括天線匹配，布局和電磁干擾減輕在內(nèi)的RF優(yōu)化問題時，RF設計要求可能會減慢項目進程。

SiLabs Thunderboard Sense板為物聯(lián)網(wǎng)應用提供了即時，可擴展的解決方案。該電路板基于EFR32MG1P無線SoC，包括六個傳感器，8-Mbit閃存和高亮度RGB LED，以及用于用戶交互的雙色LED和按鈕（圖2）。此外，Thunderboard Sense可作為參考設計，用于實現(xiàn)基于上述EFR32MG1P Mighty Gecko無線SoC的定制藍牙IoT設計。

圖2：SiLabs Thunderboard Sense主板提供現(xiàn)成的電池供電的藍牙IoT設計，配備了大量傳感器并以全面的軟件環(huán)境為后盾。 （圖片來源：Silicon Labs）

Thunderboard Sense的設計僅適用于插入其板載連接器的CR2032紐扣電池。實際上，該設計強調(diào)從MCU本身開始的低功耗操作。 EFR32MG1P MCU在工作模式下僅消耗63μA/MHz，在DeepSleep模式下僅消耗1.4μA，從而保留RAM并保持實時時鐘運行。

然而，在無線傳感器設計中，功率優(yōu)化要求將電源管理應用于外部傳感器及其調(diào)理電路。 Sense板將這些外圍電路分組到電源域，并使用專用的SiLabs EFM8SB MCU作為電源和中斷控制器來管理這些域。

例如，從電路板的內(nèi)置MEMS麥克風獲取數(shù)據(jù)， EFR32MG1P MCU將0x01寫入EFM8SB外設控制器MCU中的ENV_SENSOR_CTRL寄存器。 EFM8SB反過來為低壓差（LDO）穩(wěn)壓器供電，為MEMS麥克風和相關的模擬信號鏈供電（圖3）。接下來，來自EFM8SB的中斷信號使EFR32MG1P MCU通過其集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）開始數(shù)據(jù)采集。

圖3：Thunderboard Sense使用專用的EFM8SB MCU作為電源和中斷控制器，以優(yōu)化數(shù)字和模擬傳感器的功率利用率以及在他們的調(diào)理電路中。 （圖片來源：Silicon Labs）

該板還為高功率應用或開發(fā)過程中的線路供電操作提供了替代供電選擇。例如，對于以高強度運行板載LED的應用，您可以通過板內(nèi)置的連接器添加外部電池。此外，您還可以通過USB連接器或Mini Simplicity連接器為電路板供電。后一種方法還允許使用外部SiLabs調(diào)試器的高級能量監(jiān)控功能執(zhí)行精確的電流測量。

起點

使用Sense板和隨附的應用程序只需幾個簡單的步驟。啟動Thunderboard應用程序（從iOS App或Google Play商店）后，您只需為Thunderboard Sense主板供電，該主板立即開始通過藍牙進行自我宣傳，同時閃爍綠色LED。當Thunderboard Sense出現(xiàn)在Thunderboard應用程序上時，用戶選擇該設備并繼續(xù)使用特定應用程序。

事實上，Thunderboard Sense主板和應用程序為許多物聯(lián)網(wǎng)應用程序提供了現(xiàn)成的解決方案。除了作為現(xiàn)成的解決方案使用外，Thunderboard Sense還提供了允許開發(fā)人員輕松擴展其功能的功能。除了Micro-B USB連接器和SiLabs的Mini Simplicity連接器外，Thunderboard Sense還提供了20個分線焊盤，開發(fā)人員可以使用它們連接其他外圍設備或電路板。分線焊盤包含許多EFR32MG1P MCU I/O引腳，包括I 2 C和SPI引腳，以及主板電源，5 V電壓軌和3.3 V LDO電源軌。設計人員還可以利用EFR32MG1P MCU的靈活引腳布線來訪問其任何集成外設。

除了作為現(xiàn)成解決方案的實用性外，Thunderboard Sense硬件和附帶軟件提供了一個起點用于自定義IoT應用程序。該設計解決了與I 2 C和SPI數(shù)字傳感器以及模擬外設和RF天線相關的常見接口問題。為了幫助加速基于Sense板的定制設計的開發(fā)，SiLabs為每個外設和IO提供完整的原理圖，包括一個合適的2.4 GHz匹配網(wǎng)絡，將MCU的2.4 GHz RF I/O引腳連接到板載芯片天線。

例如，MEMS麥克風電路的原理圖為MEMS麥克風輸出提供了模擬信號鏈的完整設計。在該電路中，德州儀器TLV342S運算放大器用于32.1 dB增益放大器級和用于Knowles SPV1840 MEMS麥克風輸出的一階有源低通濾波器（圖4）。該設計將信號鏈的MIC輸出連接到MCU的12位逐次逼近寄存器（SAR）ADC，用于麥克風數(shù)據(jù)采集。

圖4：除了Thunderboard Sense工具包的硬件和軟件外，Silicon Labs還提供裝配圖，材料清單和完整的原理圖，例如這種模擬信號調(diào)理電路用于MEMS麥克風信號采集。 （圖片來源：Silicon Labs）

軟件設計和調(diào)試

Silicon Labs支持Thunderboard Sense套件，其中包含一系列可用于其免費Simplicity Studio開發(fā)環(huán)境的軟件庫。除了用于MCU硬件功能的軟件庫外，該軟件包還包括用于Thunderboard Sense的板級支持包（BSP）以及隨附的示例C代碼。例如，SenseApp模塊提供了一個BLE應用程序，可將數(shù)據(jù)從其全套傳感器傳輸?shù)?a href="http://www.xsypw.cn/v/" target="_blank">智能手機應用程序。

除了作為正常運行的應用程序之外，SenseApp代碼還說明了基于EFR32MG1P MCU實現(xiàn)IoT傳感器設計的關鍵軟件設計模式。例如，BLE堆棧接管實時時鐘，防止其用于應用程序本身的定時事件。 SenseApp示例代碼演示了如何使用MCU軟件定時器定期輪詢各種軟件功能，包括傳感器數(shù)據(jù)捕獲功能。

在SenseApp應用程序中，主程序啟動設備并開始等待無限循環(huán)對于一個事件并調(diào)用一個應用程序事件處理程序來處理該事件（清單1）。

復制

while（1）{

struct gecko_cmd_packet * evt;

/*檢查堆棧事件。 */

evt = gecko_wait_event（）;

/*運行應用程序和事件處理程序。 */

appHandleEvents（evt）;

}

清單1：SenseApp主程序中的實用程序循環(huán)不斷循環(huán)，將事件移交給事件處理程序以調(diào)用傳感器采樣等操作。 （列表來源：Silicon Labs）

位于app.c中， appHandleEvents 調(diào)用 RADIO_bleStackLoopIteration（）（位于radio_ble.c中），如果設備是不在藍牙廣告模式。如果連接處于活動狀態(tài)，則此例程輪流調(diào)用 connectionActiveIteration（）（在radio_ble.c中），它提供核心數(shù)據(jù)采樣功能。

connectionActiveIteration（ ）例程檢查板載按鈕的狀態(tài)，并定期調(diào)用負責更新每個板傳感器數(shù)據(jù)的服務程序。最后，此例程檢查麥克風活動，如果麥克風處于活動狀態(tài)，它會通過設置聲級并通過調(diào)用 MIC_start（）函數(shù)啟動麥克風數(shù)據(jù)采集來啟動麥克風數(shù)據(jù)采集（清單2）

<跨度>復制 <代碼>

**************************** **************************************************/

void MIC_start（uint32_t nSamples）

{

if（nSamples> sampleBufferLen）{

sampleCount = sampleBufferLen;

}

else {

sampleCount = nSamples;

}

if（！dmaBusy）{

/*配置DMA */

DMADRV_PeripheralMemory（dmadrvChannelId，//channelId

dmadrvPeripheralSignal_ADC0_SCAN，//peripheralSignal

（void *）sampleBuffer，//* dst

（void *）＆amp;（ADC0 - > SCANDATA），//* src

true，//dstInc

sampleCount，//len

dmadrvDataSize2，//size

dmaCompleteCallback，//callback

NULL）;//* cbUserParam

adcEnable（true）;

dmaBusy = true;

sampleBufferReady = false;

< p>}

返回;

}

清單2：mic.c模塊位于BSP包中，包括麥克風支持例程，包括 MIC_start（）例程，通過從MCU的片上ADC啟動DMA傳輸來執(zhí)行麥克風數(shù)據(jù)采集。 （列表來源：Silicon Labs）

MIC_start（）例程啟動來自MCU的片上ADC（ dmadrvPeripheralSignal_ADC0_SCAN）的DMA傳輸，使用dmadrv.c模塊中的 DMADRV_PeripheralMemory 例程。 （如前所述，MEMS麥克風信號鏈的輸出與MCU ADC相連。）該模塊是github上可用的SiLabs emdrv EnergyAware驅(qū)動程序庫的一部分。

完成ADC數(shù)據(jù)采集后序列， dmaCompleteCallback（）回調(diào)例程禁用進一步的ADC采樣，并為下一輪采樣準備設備。超越這個基本應用程序，開發(fā)人員可以構建這些代碼示例和基本設計模式，以實現(xiàn)更復雜的應用程序特定功能。

結論

藍牙低功耗提供了一個特別引人注目的連接選項用于設計用于移動應用程序的物聯(lián)網(wǎng)應用程序。盡管無線SoC減輕了設計負擔，但即使是這些高度集成的設備也需要額外的工作來實現(xiàn)全功能物聯(lián)網(wǎng)設計所需的其他硬件和軟件組件。 SiLabs Thunderboard Sense套件基于Silicon Labs Mighty Gecko無線SoC，為移動連接的物聯(lián)網(wǎng)設備提供完整的現(xiàn)成解決方案，并作為更復雜的定制物聯(lián)網(wǎng)設計的起點。