Bluetooth Smartを使用して、モノのインターネットに接続する

Bluetooth 4.0仕様における最新の低エネルギーワイヤレス通信プロトコルは、電池駆動およびポータブルシステムの全く新しい市場を推進しています。 設計者は、モノのインターネットおよびクラウドサービスの力を解き放つために、新製品および既存の製品ラインにこのコネクティビティを統合することをますます求めています。 しかし、特に、世界中に出荷され、グローバルな認証を必要とする製品において、ワイヤレス接続を製品に追加することは困難である可能性があります。 こうしたシステムの設計は、技術者に大きな困難をもたらし、システムのコア機能を開発する時間を奪う可能性があります。

Bluetoothは、スマートフォンおよびタブレットコンピュータにおけるその地位の結果、主要な通信技術となっています。 Bluetooth Smart Ready電話の広範な利用可能性は、その他のIoTワイヤレス接続が必要とする可能性がある別々のゲートウェイ作成について開発者が心配する必要がないことを意味します。 その代わりに、スマートフォンで実行するアプリは、心拍数モニタ、玩具またはリモート制御を問わず、インターフェースの提供に使用されることができます。 このBluetooth接続はまた、開発者に対してインターネットおよびクラウドサービスを切り開き、データの自動収集やコンパイルを実現して、ターゲット設計またはスマートフォンで利用できるよりもはるかに多くの計算能力を提供します。

これは過去に可能であった一方で、Bluetooth 4.0の一部である新しいBluetooth Low Energy（BLE）仕様により、この接続は、IoTノードではるかに実装しやすくなっています。 消費電力の低減は、ノードでの電池負荷を低減し、最終装置における電池寿命を数か月または数年に延長します。 これは、特に組み込み市場において、新しい仕様を採用する上で主要な促進力となっています。

Bluetooth Smartの優れた点

消費電力の低減を達成するために、Bluetooth Smartは、以前のClassic Bluetoothと同じ2.4GHz ISM帯域周波数を使用しますが、より小さなデータパケット、1Mbit/sのリンクビットレート、および2MHzチャンネルを使用した100kbit/sのアプリケーションスループットを採用します。 これにより、大きなファイルのストリーミングではなく、IoTアプリケーションに適しています。 しかし、より高速な接続を確立するために、アプリケーション向けのより低いビットレートは、Classic Bluetoothの100msから3msに待機時間を低減することで相殺され、より多くのモニタリングアプリケーション、データのクエリ応答の高速化、電力低減のためのデューティサイクル低減を実現します。 最大送信電力は10mWに低減され、これは短距離アプリケーションには十分以上です。 これらすべてを、Bluetoothモジュール向けのアンテナフロントエンドの設計で考慮に入れ、Bluetooth Smartの性能要件をアプリケーションの性能要件とマッチさせます。

Bluetooth Smart向けのアプリケーション

Bluetooth Smartは、スマートフォンを介して制御され、一定期間にわたってデータを収集するポータブル心拍数モニタまたは血圧モニタなどのアプリケーションでますます使用されています。 それは、リモート制御、サイクルコンピュータ、計量機または広範なスポーツおよびフィットネスセンサで使用されることができます。 その機会は、開発者の想像によってのみ制限されており、すべては、至る所に存在するスマートフォンおよびタブレットインターフェース、そしてクラウドへのデータ接続によって可能になります。

アプリケーションを問わず、数か月間または数年間ワイヤレス接続の給電に電池を使用できることにより、より多くの機器を、より広いネットワークに容易に接続することが可能になります。 製品設計者は、SoC、水晶振動子、フィルタ、アンテナなどのディスクリート部品を使用して、Bluetooth Smartを実装することができます。 しかし、特に少量および中量のアプリケーションにおいて、既製のモジュールの採用は、よりコスト効率の良いソリューションであることが判明するかもしれません。 特に、モジュールがBluetooth認証を取得済みで、使用される国々の関連する無線規制当局によって認証されている時、モジュールは設計労力を低減し、市場投入までの時間を短縮します。

IoT向けに優れたBluetooth Smartモジュールの設計

IoT向けに優れたBluetooth Smartモジュールの設計は、民生、ヘルス、またはその他のアプリケーションを問わず、設計柔軟性および迅速な市場投入を実現する必要があります。 たとえば、Taiyo YudenのEYSFCNZXXハードウェアは、設計に容易に追加が可能で、UARTを介して既存のホストコントローラに接続できます。


図1：Nordic SemiconductorのnRF51822 Bluetooth Smartシステムオンチップは、Taiyo YudenのEYSFCNXXモジュールの中核を成しています。

Bluetooth認証済みモジュール上で、Nordic Semiconductorが提供する最新のnRF51822 Bluetooth Smartシステムオンチップ（SoC）（図1）を、最適化されたセラミックアンテナと組み合わせることで、設計者は、自信を持ってBluetooth Smart機能をドロップインすることができます。 このモジュールは、9.6 x 12.9 x 2mm（図2を参照）の寸法を備え、広範な機器内での統合が可能です。 開発者は、Bluetooth認証済みプロファイルおよびデモアプリケーションを含む、Nordic Semiconductorのソフトウェアを活用することができます。 このデモアプリケーションには、UARTサービス、温度センサ、近接タグ、ビーコン、および心拍数モニタが含まれます。

このモジュールは、フロントエンド無線実装でのセラミックアンテナおよびフィルタを含み、最終製品向けに市場投入までの時間短縮を実現するもう1つの特長である、米国（FCC）、カナダ（IC RSS）および日本（MIC）での無線タイプ認証を備えています。

差別化の時間


図2：Taiyo YudenのEYSFCNZXX Bluetooth Smartモジュールは、設計に容易にかつ迅速に追加が可能であるため、技術者は、コアの差別化に焦点を当てることができます。

新しいIoTまたは民生用設計の場合、nRF51822での32ビットARM Cortex-M0コアをホストマイクロコントローラとして使用することが可能です。 これはBLEプロトコルスタックを実行する必要がある一方で、より小さなホストアプリケーションを実行するために、付加的な処理パワーと、256KBのフラッシュおよび16KBのRAMでの予備メモリを備えています。

これは、このモジュールインターフェースによって可能になります。 EYSFCNZXXモジュールは、29のI/Oピンへのアクセスを提供します。これらのI/Oピンのいくつかは、SPI、I²CまたはUARTインターフェースとして、またはセンサをモジュールに直接接続できるようにするための、8/9/10ビット、6チャンネルA/Dコンバータへの接続として構成されることができます。 これにより、シンプルな設計において外部マイクロコントローラおよびメモリが不要となり、コストやサイズを節約するため、製品はターゲット市場のそれ自身のニッチを占めることができます。 モジュールの中核にあるSoCを完全に制御できるこの能力は、全体のシステム設計において主要な利点を開発者に提供します。

要約

全く新しい世代のポータブルおよび接続済みホーム機器がBluetooth Smart技術を活用しようとしています。 広範な新しいアプリケーション向けにBluetooth Low Energy 4.0がスマートフォンやタブレットでサポートされている中で、設計者は、モノのインターネットに接続する幅広い製品に、新しいかつ魅力的な機能を容易に追加することができます。