Moduły Bluetooth na przykładzie produktów firmy Rayson Rys Moduły BTM-160, BTM-180 i BTM-220

Transkrypt

1 Moduły Bluetooth na przykładzie produktów firmy Rayson Bluetooth jest jednym z najpopularniejszych standardów komunikacji bezprzewodowej małego zasięgu, a jego rosnące z kolejnymi wersjami standardu moŝliwości powodują, Ŝe jego znaczenie i popularność nie spadają. Oferta dostępnych na rynku modułów Bluetooth jest duŝa i róŝnorodna i warto orientować się czym cechują się oraz w jakie dodatki są wyposaŝone dzisiejsze układy tego typu. W niniejszym artykule przedstawimy przykład oferty modułów Bluetooth na przykładzie produktów firmy Rayson, które w swojej ofercie dystrybucyjnej ma firma TME. Firma Rayson Technology Co., Ltd. to działający od 1990 roku tajwański producent urządzeń komunikacyjnych. Swoje moduły Rayson z punktu widzenia zastosowań podzielił na cztery kategorie: moduły standardowe (ogólnego przeznaczenia), monofoniczne moduły audio, moduły HCI oraz moduły multimedialne. KaŜda z tych grup zostanie omówiona, ale najpierw warto wspomnieć jaką rolę w wyróŝnianiu zastosowań modułów mają tzw. profile. Standard Bluetooth moŝe znaleźć wiele róŝnych zastosowań, wymagających obsługi róŝnych rodzajów transmisji, modułów dodatkowych Profile stanowią specyfikacje zachowania urządzenia w sieci, definiujące moŝliwe zastosowania tej technologii. Zaimplementowane w danym urządzeniu profile wyznaczają obszary zastosowań modułu Bluetooth. Sposób, w jaki urządzenie wykorzystuje Bluetooth zaleŝy od jego moŝliwości w zakresie profili. Profile zapewniają więc standardy dla producentów i konstruktorów, pozwalające projektować urządzenia działające w określony sposób. Aby urządzenie mogło działać w sieci Bluetooth musi być kompatybilne z profilami wymaganymi do obsługi poŝądanych usług. Istnieje kilkadziesiąt profili zaakceptowanych przez organizację Bluetooth Special Interest Group. Te, które są obsługiwane przez moduły Rayson zostały krótko opisane w tabeli 2. Dodatkowo, kaŝde urządzenie Bluetooth musi obsługiwać podstawowy profil Generic Access Profile, od którego uzaleŝnione są wszystkie pozostałe. Wróćmy do wspomnianych czterech grup produktów firmy Rayson. Do pierwszej kategorii naleŝą moduły serii: 110, 160, 170, 180 i 220. Ich właściwości zostały zestawione w tabeli 1. Wszystkie modele są zgodne ze specyfikacją Bluetooth EDR, ale tylko 220 obsługuje oba przyspieszone tryby transmisji (patrz: ramka Przepływności w połączeniach Bluetooth ). Jako interfejsy komunikacyjne obsługują USB, UART oraz przeznaczoną dla kodeków dźwięku modulację PCM. Wśród ich zastosowań moŝna wymienić: notebooki, smartfony, telefony komórkowe, aparaty fotograficzne, drukarki, urządzenia GPS, czytniki kodów kreskowych czy urządzenia PDA (Personal Digital Assistant). Wszystkie serie obsługują teŝ energooszczędne tryby Park, Sniff, Hold oraz Deep Sleep. Wszystkie modele, z wyjątkiem 220, są klasy 2 (patrz: ramka Klasy urządzeń Bluetooth ). Rys Moduły 160, 180 i 220-1

2 Objaśnienia zaimplementowanych w modułach ogólnego przeznaczenia profili moŝna znaleźć w tabeli 2. Warto tylko wspomnieć, Ŝe wszystkie moduły za wyjątkiem 180 mają zaimplementowany interfejs HCI (Host Controller Interface), czyli naleŝącą do stosu protokołów Bluetooth ustandaryzowaną metodę komunikacji między urządzeniem hostującym moduł (np. mikrokontrolerem) i samym modułem. W urządzeniach o bardzo prostej funkcjonalności, takich jak słuchawki do telefonów interfejs ten jest opcjonalny. Nazwa modelu / / /182 Profile moŝliwe do obsługi Napięcie zasilania SPP V SPP, HSP/HFP, HID SPP, HSP/HFP, HID SPP, HSP/HFP, HID Maksymalna moc wyjściowa Wymiary 4 dbm 25.0 x 14.5 x V 4 dbm 14.0 x 12.0 x V 4 dbm 14.0 x 12.0 x V 4 dbm 25.0 x 14.5 x Uwagi Obsługa koegzystencji z , 8 MB Flash Obsługa koegzystencji z , 8 MB Flash Obsługa koegzystencji z , 8 MB Flash 220 SPP V 18 dbm 28.2 x 15.0 x 2.8 Obsługa modulacji dla trybów 2 Mbps i 3 Mbps, pełna prędkość transmisji Tabela 1. Wybrane cechy modułów Bluetooth ogólnego przeznaczenia firmy Rayson Do drugiej wymienionej kategorii, monofonicznych modułów audio, naleŝą serie 360 i 370. Kluczowym wyróŝnikiem tych modułów jest zintegrowany 15-bitowy, liniowy kodek audio oraz współpracujący z nim interfejs PCM. Mogą one więc znaleźć zastosowanie przede wszystkim w zestawach słuchawkowych ( słuchawkach Bluetooth ) i samochodowych zestawach głośnomówiących do telefonów komórkowych, a takŝe wszelkich innych systemach wymagających kodeka dźwięku. Seria 360 ma bogatsze wyposaŝenie, pozwalające na zastosowanie np. w odtwarzaczach MP3. Obejmuje ono: zintegrowaną pamięć EEPROM (8KB), obwód ładowania baterii z moŝliwością programowania prądu, driver diod LED z kontrolą intensywności świecenia oraz przetwornicę impulsową. Do wspólnego wyposaŝenia obu serii naleŝą z kolei: wbudowana pamięć ROM (6 Mbit) oraz interfejsy USB i UART. Obie serie obsługują teŝ energooszczędne tryby Park, Sniff, Hold oraz Deep Sleep i mogą pracować z zasilaniem juŝ od 1.8 V. Wymiary modułów 360 i 370 to 16.5 x 13.0 x

3 Rys Moduły 360 i 370 Do grupy modułów multimedialnych naleŝą serie: 130, 140, 240, 620 i 730. Są one bardziej rozbudowane i bogatsze od monofonicznych modułów audio: są wyposaŝone nie tylko w zintegrowany kodek dźwięku oraz interfejs PCM, ale teŝ w procesor DSP Kalimba i specjalizowane interfejsy audio: SPDIF oraz I2S. Serie 130, 140 i 240 róŝnią się od 620 i 730. Moduły z pierwszej grupy wyróŝniają się moŝliwością tworzenia rozległych sieci typu scatternet, która nie jest precyzyjnie opisana w standardzie, ale często daje się wdroŝyć przy zastosowaniu wielu modułów tego samego producenta. Serie 620 i 730 są natomiast jeszcze lepiej wyposaŝone: mają zintegrowany obwód ładowania baterii, przetwornicę impulsową, 1 MB pamięci Flash oraz poprawioną jakość dźwięku i eliminację zakłóceń, skutkującą stosunkiem sygnału do szumu w przetworniku C/A na poziomie 95 db. Moduły serii 620 jako jedyne ze wszystkich opisywanych w tym artykule są zgodne ze specyfikacją Bluetooth EDR. Rys Moduły 130, 140 i 240 Potencjalne zastosowania pierwszych trzech serii to: bezprzewodowe słuchawki stereo, zestawy głośnomówiące oraz wysokiej jakości czy specjalnie wyposaŝone słuchawki Bluetooth dla telefonów komórkowych. Serie 620 i 730 są natomiast przeznaczone do bezprzewodowych głośników, wysokiej jakości zestawy słuchawkowe audio oraz dla telefonów komórkowych, urządzenia VoIP, multimedialne klucze USB (np. odbiorniki radiowe) czy bramy bezprzewodowe. Rys Moduły multimedialne 620 i 730-3

4 Do ostatniej kategorii, modułów HCI, naleŝą produkty serii 330. Są one przeznaczone do zastosowań przemysłowych i domowych, w szczególności kluczy USB i komputerów PC. Są to moduły klasy 2, mogące pracować z napięciem zasilania 1.8 lub 3.3 V i obsługujące tryby Hold, Park, Sniff oraz Deep Sleep, pomagające oszczędzać energię. Mają wbudowaną pamięć EEPROM o pojemności 2 KB, a jako interfejsy komunikacyjne słuŝą im UART oraz USB. Moduły 330 mają wymiary 14 x 12 x 2.2. Rys. 11. Moduł HCI serii 330 Nazwa profilu SPP (Serial Protocol Profile) HSP (Headset Profile) HFP (Hands-Free Profile) HID (Human Interface Device) A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) AVRCP (Audio/Video Remote Controle Profile) Opis Emuluje łącze szeregowe, zapewniając substytut RS-232, włącznie ze znanymi z tego standardu sygnałami sterującymi. Jest podstawą m.in.: HSP i AVRCP. Jeden z najczęściej uŝywanych profili słuŝy do obsługi zestawów słuchawkowych do telefonów komórkowych, popularnych słuchawek Bluetooth. Wykorzystuje łącze SCO do przenoszenia monofonicznego sygnału audio kodowanego za pomocą modulacji CVSD lub PWM o przepływności 64 kbit/s oraz podzbiór komend AT do sterowania. Typowo stosowany do realizacji połączeń między telefonem komórkowym i zestawem głośnomówiącym. Podobnie jak HSP, wykorzystuje łącze SCO do sygnału mono, zmodulowanego CVSD lub PWM. Przeznaczony do obsługi urządzeń takich jak: myszki, klawiatury czy kontrolery do gier. Pozawala teŝ na obsługę przycisków i wskaźników wbudowanych w inne urządzenia. Zapewnia łącze o małych opóźnieniach i niewielkim zapotrzebowaniu na energię. Definiuje sposób transmisji dźwięku wysokiej jakości. Został zaprojektowany do jednokierunkowej transmisji stereo, np. z odtwarzacza MP3 do słuchawek lub radia samochodowego. Zapewnia interfejs do sterowania telewizorami, sprzętem Hi-Fi itp., czyli do realizacji pilotów. Tabela 2. Profile urządzeń Bluetooth zaimplementowane w modułąch firmy Rayson - 4

5 Oprócz modułów Bluetooth, firma Rayson ma teŝ w ofercie gotowe interfejsy komunikacyjne dla komputerów PC, podłączane przez USB (ang. dongle) oraz wiele innych ciekawych urządzeń bezprzewodowych. Przykładem moŝe być dostępny za pośrednictwem TME adapter BTD-430, pozwalający na bezprzewodową komunikację poprzez RS-232 (rys. xx) z drugim adapterem tego typu lub innymi urządzeniami Bluetooth. Rys. 12. Adapter BTD-430 Ze szczegółami oferty modułów Bluetooth firmy Rayson dostępnych za pośrednictwem TME moŝna się zapoznać na stronie internetowej na której dostępny jest katalog online. Klasy urządzeń Bluetooth Klasa urządzenie Bluetooth to, podobnie jak w przypadku telefonów GSM i innych urządzeń radiowych, oznaczenie maksymalnej mocy promieniowanej. Ma to związek z oszczędnością energii, np. urządzenia zasilane bateryjnie mają zwykle moduł Bluetooth klasy 3. Klasa nie jest jednak jednoznaczna z mocą maksymalną urządzenia, do zakwalifikowania do danej klasy wystarczy, Ŝe urządzenie przekracza próg dla klasy o jeden niŝszej. O zasięgu decyduje nie tylko promieniowana moc, ale teŝ rodzaj anteny i jakość odbiornika, dzięki czemu nowoczesne moduły osiągają lepsze zasięgi bez zwiększania mocy nadawania. Zasięg pikosieci ogranicza jednak zawsze urządzenie o najmniejszej mocy. Klasa Maksymalna moc Orientacyjny zasięg Klasa mw (20 dbm) Klasa mw (4 dbm) Klasa 3 1 mw (0 dbm) 100 m 10 m 5 m Przepływności w połączeniach Bluetooth W starszych wersjach standardu Bluetooth, do 1.2 włącznie, maksymalna przepływność bitowa została określona na 1 Mbit/s. Daje to faktyczną przepływność danych w kanale - 5

6 transmisyjnym równą 780 kbit/s, przy czym trzeba ją podzielić między wszystkie komunikujące się urządzenia. Wprowadzona w 2004 wersja, oznaczona Bluetooth EDR, wniosła do standardu przede wszystkim tryb Enhaced Data Rate, wykorzystujący kombinację modulacji GMSK oraz PSK. Ta druga występuje w standardzie w dwóch wariantach: π/4-dqpsk oraz 8DPSK, co skutkuje dwiema róŝnymi przepływnościami maksymalnymi, odpowiednio: 2 Mbit/s i 3 Mbit/s. Warto wiedzieć, Ŝe w standardzie Bluetooth 2.0 obowiązkowa jest obsługa tylko jednej nowej modulacji, czyli urządzenia oznaczone jako zgodne z Bluetooth EDR osiągają przepływność 2 Mbit/s, a 3 Mbit/s jest opcjonalna. Pamiętać trzeba, Ŝe kaŝda kolejna wersja standardu jest kompatybilna wstecz z wcześniejszymi. - 6