بلوتوث
بلوتوث یک پروتکل استاندارد برای ارسال و دریافت داده در باند 4/2 گیگاهرتز است. برای برقراری ارتباط بی‌سیم بین دستگاه‌های الکترونیکی، بلوتوث پروتکلی امن، مناسب برای فواصل کوتاه، کم مصرف و کم هزینه است.
بلوتوث همانند زیگی‌بی و وایفای، در باند 4/2 گیگاهرتز کار می‌کند. تفاوت بلوتوث با دیگر پروتکل‌ها در برخی استاندارسازی‌ها و ویژگی‌هاست.
ماژول بلوتوث، ماژولی است که روی برد اصلی نصب میشود و دستگاه را قادر می‌سازد از طریق سیگنال بلوتوث با دیگر دستگاه‌ها متصل شود. ماژول بلوتوث در حالت‌های مختلفی همچون Master یا Slave می‌تواند قرار گیرد. همچنین برای ارتباط آسان با میکروکنترلر یا رایانه، از درگاه‌های مختلفی همچون UART یا I2C استفاده می‌کنند.
تکنولوژی بلوتوث دارای کلاس‌های مختلفی از 1 تا 3 هست که بسته به کلاس آن، برد کاری آن تغییر می‌کند. به عنوان مثال، کلاس 1 با برد 100 متر، بیشترین برد کاری را دارد.
جدول 1: ویژگی‌های کلاس‌های مختلف بلوتوث
|
Distance coverage |
Power limit |
Power class type |
|
100 meter |
1-100 mW |
Class1 |
|
10meter |
.25-2.4 mW |
Class2 |
|
1 meter |
1mW |
Class3 |
معیار دیگری که در انتخاب ماژول ارزشمند است، نسخه بلوتوث استفاده شده است که از 1 تا +4 می‌باشد و نشان دهنده برد و میزان مصرف انرژی آن است.
جدول 2: ویژگی‌های نسخه‌های مختلف بلوتوث
|
Optional features |
Bluetooth version |
||||
|
Slot Availability Masking (SAM) |
Low Energy (LE) |
High Speed (HS) |
Enhanced Data Rate (EDR) |
Basic rate (BR) |
|
|
No |
No |
No |
No |
Yes |
Bluetooth 1.x |
|
No |
No |
No |
Yes |
Yes |
Bluetooth 2.x |
|
No |
No |
Yes |
Yes |
Yes |
Bluetooth 3.x |
|
No |
Yes |
Yes |
Yes |
Yes |
Bluetooth 4.x |
|
Yes |
Yes |
Yes |
Yes |
Yes |
Bluetooth 5.x |
به بلوتوث نسخه 4، بلوتوث هوشمند نیز گفته میشود و مناسب برای استفاده در بسیاری از کاربردهای IoT است. علت آن هم مصرف توان فوق العاده پایین آن است که برای دستگاه‌های قابل حمل بسیار مناسب است. اما در کاربردهایی که حجم داده زیادی با سرعت بالا باید منتقل شوند، بلوتوث‌های کم مصرف[1] جوابگو نیستند.
در شکل 1، مدولاسیون‌های استفاده شده در لایه فیزیکی نسخه‌های مختلف بلوتوث نشان داده شده است:
شکل 1: نوع مدولاسیون استفاده شده در لایه فیزیک بلوتوث‌های مختلف و نرخ انتقال داده در آن‌ها
معیارهای انتخاب یک ماژول بلوتوث
هنگامی که ماژول بلوتوثی برای محصول خود انتخاب می‌کنید باید ویژگی‌هایی را، چه از لحاظ سخت‌افزاری و چه از لحاظ نرم‌افزاری، مد نظر قرار دهید.
سخت‌افزار یک ماژول بلوتوث از یک تراشه بلوتوث و یک پردازنده تشکیل شده‌است. پردازنده ماژول‌های بلوتوث، انواع مختلف حافظه به صورت داخلی یا خارجی را دارا می‌باشد. همچنین پورت‌های ورودی خروجی متنوع، مقایسه کننده‌های آنالوگ، ADC و DAC، کریستال و درگاه دیباگ، از دیگر امکانات پردازنده به کار رفته در این ماژول‌ها می‌باشد.
شکل 2: بلوک دیاگرام ساده یک ماژول بلوتوث
ماژول‌های بلوتوث، معمولا با استفاده از یک نرم‌افزار امنیت و راحتی کاربر را تامین می‌کنند. همانطور که در شکل 2 مشخص شده است، نرم‌افزار ماژول، معمولا از یک برنامه راه‌انداز و یک برنامه مدیریت و کنترل جامع تشکیل شده‌است.
هنگامی که یک ماژول بلوتوث یا هر ماژول RF دیگری را انتخاب می‌کنید، ممکن است گزینه‌های متنوع و فراتر از انتظارتان مشاهده کنید. سازندگان یا تامین کنندگان ماژول‌ها، آن‌ها را بر اساس نرخ انتقال، فاصله انتقال، باند فرکانسی، گواهی‌نامه، اندازه پاکت داده‌ها و … تقسیم بندی می‌کنند. در ادامه برخی از پارامترهایی که در انتخاب یک ماژول بلوتوث باید در نظر گرفت، بیان شده است.
پروتکل‌ها یا استانداردها:
نسخه‌های مختلفی از استانداردهای بلوتوث در فروشگاه‌ها موجود است اما متداول‌ترین آن‌ها نرخ پایه[2]، نرخ داده تعمیم‌یافته[3] و کم انرژی[4]، هستند. هر کدام از این استانداردها مزیت‌ها و معایب خود را دارند و باید قبل از انتخاب ماژول در نظر گرفته شوند.
باند فرکانسی:
از فرکانس 400/2 تا 4835/2 گیگاهرتز، 79 کانال با پهنای باند یک مگاهرتزی در نسخه کلاسیک و 40 کانال با پهنای 2 مگاهرتز، در نسخه بلوتوث کم مصرف وجود دارد.
فاصله انتقال:
شبکه بلوتوث همانند دیگر تکنولوژی‌های بی‌سیم برد محدودی دارد. فاصله انتقال بسته به نسخه‌های مختلف تغییر می‌کند. هر چه کلاس توانی ماژول بیشتر باشد برد آن بیشتر خواهد بود و بالعکس.
توان خروجی و ولتاژ و جریان کاری:
توان زیاد به معنای محدوده پوششی وسیع تر است. کلاس 1 پر توان‌ترین و کلاس صفر کم توان‌ترین است. از آنجایی که بیشتر دستگاه‌های بلوتوثی با باتری کار می‌کنند، ولتاژ و جریان کاری ماژول حائز اهمیت است.
میکروپروسسور یا میکرو کنترلر:
پردازنده مغز یک ماژول رادیویی است. پردازنده عملکرد سخت‌افزار را بهیود می‌بخشد، داده‌های بی‌سیم را دریافت و سیگنال‌ها را با سرعت بالا پردازش می‌کند. پارامترهای مهم در انتخاب پردازنده، قیمت، ابعاد، حافظه، مصرف توان، سرعت محاسباتی و درگاه‌های ارتباطی آن است.
سیستم عامل:
اندروید، آی‌فون، لینوکس و WinCE از ماژول‌های بلوتوث پشتیبانی می‌کنند و به کاربر این امکان را می‌دهند تا از یک ساختار هوشمند به سادگی در محصولشان استفاده کنند.
نرخ انتقال:
در بلوتوث نسخه کم مصرف، تمرکز بر روی مصرف توان است تا تامین نرخ داده بالا. هر چه نرخ داده بالاتر باشد، توان مصرفی بالاتر می‌رود. در کاربردهایی که نیاز به نرخ انتقال داده بالاست، بهتر است از بلوتوث‌های EDR یا وایفای استفاده شود.
آنتن:
آنتن‌های بلوتوث به دو دسته تقسیم می‌شوند، چند جهته و تک جهته. در آنتن‌های چند جهته، موج در تمام جهات منتشر میشود ولی در آنتن‌های تک جهته، موج در یک جهت مشخص منتشر میشود. همچنین آنتن ماژول بلوتوث یا به صورت مدار چاپی است یا به صورت خارجی. مطمئن شوید آنتن ماژول بلوتوث انتخابی، گواهی‌های لازم را اخذ کرده تا محصول شما بتواند در تمامی کشورها، بدون محدودیت استفاده شود.
دمای کاری:
محدوده دمایی متداول بین ماژول‌های بلوتوث از 40- تا 85 درجه سانتی‌گراد است. اگر محصول شما قرار است در دماهای بالا مورد استفاده شود، به محدوده دمایی آن توجه داشته باشید.
درگاه‌های ارتباطی:
متداول‌ترین درگاه‌های ارتباطی در ماژول‌های بلوتوث، UART، SDIO، SPI، USB و I2C است. SDIO، SPI و USB در انتقال داده‌های پر سرعت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
دیگر پارامترها:
دیگر مواردی که باید در انتخاب ماژول بلوتوث، مد نظر قرار گیرد، ابعاد، طراحی PCB، بلادرنگی، تغییر خودکار بین حالت خواب و فعال، پشتیبانی و بروزرسانی سیستم عامل، قیمت و … .
با وجود تمامی این مشخصات، 3 مشخصه اصلی در انتخاب ماژول بلوتوث، نرخ انتقال داده، محدوده پوششی و مصرف توان ماژول است.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده‌است، یک بده بستان بین پارامترهای مختلف برای انتخاب ماژول بلوتوثی مناسب برقرار است.
شکل 3: بده بستانی که هنگام انتخاب یک ماژول بلوتوث وجود دارد.
[1] BLE
[2] Basic Rate (BR)
[3] Enhanced Data Rate (EDR)
[4] Low Energy (LE)
بزودی پروژه های عملی و کاربردی با ماژول های رادیویی و بی سیم به بخش پروژه های سایت افزوده میشود.
