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低功耗蓝牙与智能硬件设计
刘裕佳赵友章梁倩
北方民族大学
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摘    要:
不断降功耗是电子发展过程中永远不会改变的主题。设计了一个低功耗蓝牙与智能平台联合项目。蓝牙技术凭借其普遍性和简洁性改变了设备与设备之间的无线通信, 设备可通过蓝牙进行高度安全的无线通讯。蓝牙的便捷性及全球的认可度, 使任何支持蓝牙的设备都能通过配对流程与邻近的其他设备连接。配对后的设备可建立全双工通信。
关键词:
STM32; 单片机; 低功耗; 嵌入式;
智能硬件、智能家居、物联网、移动互联网大潮的到来, 正在越来越多地改变我们身边的一切。我们看到的智能手环智能手表、智能插座、智能水杯、谷歌眼镜等, 都是其中的形态和表现方式, 其核心是通过软硬件结合的方式, 使产品具备智能化的功能, 并且具备与云端链接的能力。其中, 低功耗蓝牙技术是实现智能连接的重要技术支撑。
1 研究意义
目前, 智能手机平台及操作系统Android () 、i OS () 、Windows () 均提供了对低功耗蓝牙的原生态支持, 天然地具备了移动互联平台的能力。低功耗蓝牙是由诺基亚所设计的一种短距离无线通讯技术, 最初的目标是提供功耗最低的无线标准, 并且专门在低成本、地带宽、低功耗与低复杂性方面进行了优化。
2 研究内容
天线选择和对比
鞭状天线
鞭状天线是一种可弯曲的垂直杆状天线, 其长度一般为1/4或1/2波长。鞭状天线PCB可实现, 但是要注意天线走线不应太靠***面, 与地的距离最好为1/10波长(大约1 cm) , 否则辐射效率受到较大影响。
倒F天线
倒F天线属于1/4波长天线, 它被弯曲成L形, 短边连接到大地, 长边的末端是开放的。馈电点位于大地端的某一点处和开放端之间。这个结构的特点类似于字母F, 由于馈电点到地面的循环电流, 使其具有环形天线的特性, 又由于开放端使其兼具鞭状天线的特性。倒F天线(IFA) 很容易在PCB上实现。F形状只是天线的一个元素, 另外还包括板接地平面等。反馈走线的长度加上开放走线的长度约为λ/4, 相应的接地平面的长度大约为λ/4.
图1为PCB上实现倒F天线。
图1 PCB上实现倒F天线  下载原图
蛇形天线
蛇形天线为PCB天线。该天线被印刷在PCB印刷板的板顶层, 一个接地平面被放置在天线附近的顶层上。蛇形天线的PCB底层不允许有接地平面, 以免影响天线的辐射特性。图2为PCB上实现蛇形天线。
图2 PCB上实现蛇形天线  下载原图
周围物体对天线性能的影响及考虑
周围空间的影响:天线的问题通常是天线周围空间不合理。为了不影响天线的性能, 天线不能太接近地或其他走线、电池或其他金属物体。
金属物体对天线性能的影响
保持金属物体远离天线, 确保金属物体与天线近场足够远。天线近场与天线尺寸及波长相关, 具体为:
式(1) 中:D为天线的最大尺寸, 在以上天线的实例中, D可以认为是大约1/4波长(λ/4) ;λ为无线电波信号在自由空间的波长。
对于蓝牙的工作