Рынок беспроводной связи растет стремительными темпами и аналитики прогнозируют, что оборот этого сектора увеличится с $71 млрд в 2022 году до $220 млрд. в 2030 году. Уже сегодня большинство устройств имеют ту или иную форму беспроводной связи. Сюда входит оборудование для умного дома, такое как термостаты и телевизоры, освещение, системы контроля доступа и даже домофоны. Электронные продукты без функций беспроводной связи становятся все более редкими, а сама такая связь перестала упоминаться как преимущество и стала обыденностью в потребительских, промышленных и автомобильных продуктах.
Со временем беспроводные технологии развиваются, увеличивая возможности обмена информацией. Эти достижения также привели к большей сложности и затруднению реализации данного типа связи, тем самым повышая барьер входа для производителей электроники. Компании, желающие интегрировать функции беспроводной связи в свои продукты, сталкиваются со многими проблемами, особенно когда в их штате нет специалистов, разбирающихся в этих вопросах.
Добавление беспроводных функций в устройствах имеет свои проблемы. Эту тему можно условно разделить на три категории: проектирование высокочастотных схем, получение сертификации на соответствие директивам и подготовка программного обеспечения.
Конструкция радиочасти самый сложный аспект. Это требует специальных знаний и понимания электромагнитных явлений, что делает задачу сложной даже для опытных проектировщиков. Нестандартное проектирование радиочастотных компонентов включает в себя печатную плату, которая вместе должна обеспечивать устойчивость к помехам и поддерживать целостность сигнала. Тут даже самые незначительные изменения в конструкции меняют значения паразитного реактивного сопротивления и могут существенно повлиять на производительность. Проектирование радиосхем требует учета многих физических явлений и, в конечном итоге, проведения обширных испытаний на специальном оборудовании, которое может быть очень дорогостоящим.
Кроме того, радиосистемы должны соответствовать нормативам. Международные органы по стандартизации определяют правила, которым должны соответствовать системы беспроводной связи в различных регионах. Таких органов много, и требования меняются в разных регионах мира. Например, в США рынок регулирует Федеральная комиссия по связи (FCC), в Великобритании — UKCA, в России Минцифры, а в Евросоюзе важна директива RED. Эти учреждения определяют процедуры тестирования и ограничения, которым должна соответствовать беспроводная система, прежде чем ее можно будет выводить на рынок. В зависимости от страны и типа беспроводной связи процесс сертификации может занять от нескольких месяцев до почти года.
После того как аппаратная платформа будет завершена и протестирована, остается заняться программным обеспечением. Написание кода для поддержки беспроводного протокола требует обширных знаний и понимания того, как он работает. Подключение прошивки к оборудованию уже является сложной задачей, а тут ещё постоянно появляются новые версии и обновления спецификаций. Они являются результатом работы многих групп разработчиков по устранению уязвимостей безопасности и внедрению новых функций. Следовательно, создание программного обеспечения для систем беспроводных сетей — это не разовая задача.
Например, рассмотрим систему «умный дом». Вероятно, потребуется сочетание протоколов, таких как Bluetooth и Wi-Fi, во многих компонентах сети. В такой ситуации для каждого из них и элементов системы следует разрабатывать отдельные прошивки, уделяя внимание хорошей совместимости, что значительно увеличивает сложность разработки программного обеспечения для беспроводной системы.
Все эти проблемы представляют собой существенные препятствия на пути внедрения беспроводной связи. Но давайте представим себе решение, которое полностью позволяет избежать этих проблем, то есть обеспечивает возможность подключения без проектирования радиочастотных схем. Кроме того, оно уже прошло сертификацию и поставляется с предустановленной прошивкой. Мы говорим про готовые беспроводные модули plug-and-play. Они сразу готовы к использованию и имеют детально доработанную радиочастотную часть, поэтому их можно легко и быстро интегрировать в печатную плату. Высокая мощность передатчика, схема согласования антенны, легко доступные настройки.
Что касается сертификации, то модули были протестированы и одобрены соответствующими регулирующими органами во многих странах, включая США, Канаду, Великобританию, ЕС, Китай, Тайвань, Японию и Корею. Многие другие страны, не входящие в этот список, сразу принимают иностранные сертификаты, что экономит время и деньги, а также ускоряет вывод продукции на рынок.
Более того, беспроводные модули Plug-and-Play поставляются с предустановленной прошивкой. Разработчикам необходимо лишь подключить эти компоненты к микроконтроллеру через UART и управлять ими с терминала с помощью текстовых или AT-команд. Программное обеспечение модуля само выполняет сложные протокольные функции и не требует дополнительных знаний от программиста. Они совместимы с Linux, поэтому расширение функциональности не зависит от операционной системы хоста.
Характеристики модуля RNBD451
Давайте рассмотрим пример, в котором надо добавить Bluetooth LE в разрабатываемое устройство. Для этого достаточно использовать такой модуль, как RNBD451. Вместе с дополнительной тестовой платой он позволяет создать прототип уже через несколько минут после подключения к компьютеру по кабелю USB-C. Наличие функции трансляции сразу после запуска означает, что все что нужно сделать, это запустить терминал на компьютере, и можно настроить операцию.
- Стек Bluetooth LE 5.2
- глобальная сертификация (США, Канада, ЕС, Великобритания, Китай, Тайвань, Корея и Япония)
- настраиваемая функция маяка, позволяющая создавать, например, iBeacon и Eddystone
поддержка PTA. - прозрачный профиль доступен для потоковой передачи данных
- удаленная беспроводная настройка (OTA)
- обновление прошивки через UART (DFU)
- профиль клиент/сервер для OTA и DFU
- функции безопасности
- многоцелевой, многозвенный
- 2M PHY и кодированный PHY
- Bluetooth LE Privacy 1.2
- Встроенный POSC 16 МГц
- 8 GPIO
- 12-битный САР АЦП
- шесть 16-битных общедоступных служб UUID GATT, четыре 128-битных (частных) службы UUID GATT, каждая из которых имеет до 8 атрибутов
- поддержка рекламодателя, наблюдателя, центральной и периферийной роли
- поддерживает роли клиента и сервера Bluetooth LE GATT.
Чтобы переключить RNBD451 в командный режим, просто отправьте «$$$» с терминала. Затем можно управлять поиском других устройств Bluetooth LE, активировать режимы энергосбережения и так далее. Предположим, нужно выполнить поиск всех устройств поблизости. Просто отправьте команду «F» с терминала, и в ответ RNBD451 отобразит все обнаруженные передатчики Bluetooth LE. При необходимости можно настроить интервал сканирования и окно поиска частотного канала. Чтобы установить соединение, отправим команду «С», затем «0» или «1» для публичного или частного адреса, а затем MAC-адрес нужного устройства. Как видите — очень просто.
Модули RNBD451 обеспечивают одновременную связь со многими устройствами Bluetooth (многоканальный вариант) и поддерживают множество сценариев подключения (многоцелевой). Они имеют высокую мощность передачи +12 дБм и поддерживают кодированный PHY, обеспечивая большую дальность действия.
Модули позволяют осуществлять дистанционное управление, обеспечивая передачу команд через подключенное устройство. При этом создается функциональный автономный режим, который исключает необходимость отправки команд от хоста, подключенного по UART. Кроме того, RNBD451 поддерживает опцию «Рекламное расширение», специфичную для версии 5.x, которая расширяет возможности настройки широковещательных данных, упрощая проектирование маяков Bluetooth LE.
Концепция Plug-and-Play в беспроводных модулях значительно снижает входной барьер, тем самым упрощая внедрение беспроводной связи с минимальными усилиями. Готовое к использованию сертифицированное решение, которым можно управлять через UART и AT-команды, открывает прекрасные возможности для проектировщиков которым не хватает знаний и ресурсов. Такой подход повышает доступность беспроводных технологий по различным протоколам, поддерживая инновации.
