Bezdrátová aplikace s minimální spotřebou s EM9301

V minulém článku jsme si představili obvod EM9301, výsledek práce návrhářů z firmy ASICentrum, návrhového střediska firmy EM Microelectronic. V tomto článku se seznámíme s jeho aplikačními možnostmi demonstrovanými na příkladech vývojového kitu a tagu pro iOS.

Aplikace 1: VÝVOJOVÝ KIT

Vývojový kit ALPW-BLEDVK poskytuje kompletní prostředí k praktickému vyzkoušení technologie Bluetooth low energy 4.0 (zkratka BLE 4.0). Umožňuje vytváření prototypů různých aplikací zjednodušujících vývoj konkrétních bezdrátových produktů s obvodem EM9301.

Vývojový kit sestává z vývojové desky, BLE modulu, USB hardwarového klíče a demonstračního software. Bluetooth low energy kontrolér EM9301 je implementován v BLE modulu a USB HW klíči.

Vývojová deska ALPW-BLEEVB obsahuje vše potřebné pro sestavení zákaznických aplikací (není zapotřebí žádný externí procesor). Deska podporuje různá uživatelská rozhraní, jako I2C, SPI a UART, k připojení senzorů, akčních členů nebo displeje. Výstupní výkon v Tx módu může být pro optimalizaci proudové spotřeby plně ovládán hostitelským procesorem v rozmezí –20 až 4 dBm (při zachování spolehlivého komunikačního spojení s jinými zařízeními Bluetooth low energy). Deska může být nakonfigurována tak, aby pracovala buď s jednou AA (LR06) baterií (1,5 V), nebo se dvěma AA bateriemi (3 V). Další možností je napájení přes C2 Debug port pro debugovaní procesoru 80c51; Debug dongle komunikuje přes USB a je tedy i z USB napájen.

Deska může být vybavena různými moduly: Standardním modulem pracujícím na 3 V (ALPW-BLEM002, ALPW-BLEM001) nebo také DC/DC modulem schopným pracovat od 1,5 do 3 V (ALPW-BLEM001-DC/DC).

Obr. 1 Vývojová deska

Představu o tom, co deska obsahuje, si lze učinit z popisků na obrázku 1.

Obr. 2 BLE modul

Bluetooth low energy modul ALPW-BLEM002 (obr. 2) sestává ze dvou hlavních částí – BLE kontroléru EM9301 a mikroprocesoru 80c51 s extrémně nízkou spotřebou. Modul je vybaven keramickou anténou a koaxiálním konektorem. Do režimu ultranízké spotřeby se modul dostává prostřednictvím 32kHz krystalu.

Obr. 3 USB HW klíč

USB hardwarový klíč ALPW-BLEKEY (obr. 3) je kompletně připraven pro použití v single-mode BLE aplikacích pro připojení k PC nebo jiným zařízením přes USB. Je vybaven architekturou pro dosažení nízké spotřeby a demonstrační aplikací pro PC ke snadnému vyzkoušení možností připojení.

Softwarové prostředí ALPW-BLESDK (společně s vývojovým kitem ALPW-BLEDVK) umožňuje vytváření prototypů a vývoj zařízení využívajících single-mode Bluetooth low energy 4.0 protokoly, profily a služby. Každý profil obsahuje vzorovou aplikaci, která vývojářům usnadňuje jejich vlastní implementaci, včetně fází testování a validace.

V době psaní článku byly k dispozici aplikace uvedené v tabulce (jejich počet se bude dále zvyšovat).

Minimální paměťová náročnost je 43k ROM a 2,3k RAM (pro typický slave senzor, měřeno na 8bitovém mikroprocesoru 80c51).

Populárním příkladem využití vývojového kitu používaným na předváděcích akcích je hra labyrint.

Obr. 4 Příklad využití – labyrint

Labyrint využívá vývojové desky napájené 1 nebo 2 tužkovými bateriemi a vybavené BLE modulem. Druhou částí je v „libovolné“ vzdálenosti umístěné PC se zasunutým USB HW klíčem. V obou částech je nainstalován program pro labyrint (demo). Cílem hry je v co nejkratším čase přemístit kuličku z levého horního rohu do pravé horní části, jak je názorně vidět na obrázku 4 znázorňujícím obraz na PC. Pohyb kuličky se ovládá natáčením vzdálené vývojové desky se zapnutým akcelerometrem.

Obr. 5 TAG

Aplikace 2: TAG pro iOS

TAG s označením ALPW-BLETAG je univerzálně použitelné zařízení na bázi obvodu EM9301 umožňující využití senzorů v single-mode aplikacích Bluetooth low energy a zahrnující hardwarové komponenty s ultranízkou spotřebou, BLE architekturou a firmware pro ovládání senzorů. TAG zprostředkovává spojení mezi senzory na jedné straně a aplikacemi pro chytré telefony, tablety a technologiemi cloud na straně druhé.

TAG je napájený jednou 1,5V knoflíkovou baterií. Pro práci s uživatelskými aplikacemi slouží procesor CORTEX M3 s 128 kB programové paměti. TAG na kruhové desce s průměrem 28 mm je vidět na obrázku 5. Podporované BLE protokoly jsou GAP, SMP, ATT, L2CAP a GATT. V době uzávěrky článku byly k dispozici profily již uvedené v tabulce v popisu aplikace vývojového kitu.

TAG podporuje senzory pro teplotu, vlhkost, barometrický tlak, 3D akcelerometr, 3D gyroskop, magnetometr, okolní světlo, informaci o vzdálenosti, spínače a LED diody.

Zvláště zajímavá je možnost vývoje vlastních aplikací pro chytré telefony a tablety společnosti Apple. Prostřednictvím OEM podpory iOS firmware je tak možné nastavovat a dálkově ovládat existující senzory.

Shrnutí použití obvodu EM9301

Kontrolér EM9301 umožňuje s malými náklady a při zachování nízké spotřeby integrovat bezdrátové technologie pro aplikace, jako jsou například: fitnes, lékařské přístroje pro běžné spotřebitele, mobilní příslušenství, senzory, domácí a průmyslová automatizace nebo zábava.

S ohledem na vysokou míru flexibility a jedinečnou úroveň podpory od tvůrců z firmy ASICentrum je obvod EM9301 nepochybně doporučeníhodnou volbou pro zájemce o vývoj aplikací obsahujících Bluetooth low energy.

(Článek byl napsán s využitím materiálů poskytnutých firmami Alpwise, EM Microelectronic a ASICentrum spol. s r. o.)