Обзор солнечного маяка BLE от Cypress Semiconductor
Передайте данные о влажности и температуре с помощью полностью функционального, автономного беспроводного сенсорного узла без батареи.
Маломощные радиомаяки Bluetooth (BLE) были вокруг на некоторое время и можно увидеть повсюду. Обычно они сбегают от батареи или сетевого источника питания, такого как USB-порт, но не всегда. Перспектива солнечного энергоблока BLE-маяка интригует. В этой статье мы исследуем такое устройство от Cypress Semiconductor.
Маяк BLE - это устройство, которое рекламирует только. То есть передача осуществляется только в одном направлении. В отличие от других периферийных устройств BLE, они не могут быть подключены по дизайну. Вместо этого они просто рекламируют очень короткое сообщение. Как правило, они не постоянно передают сообщение, они передают сообщение с интервалами. Чем короче интервал между передачами, тем больше мощность, используемая маяком.
Маяки BLE всегда являются устройствами ближнего действия, и их диапазон в значительной степени зависит от мощности передачи. Следовательно, требования к питанию и, как следствие, время автономной работы, могут быть оценены по мощности передачи и интервалу между передачами. Зачастую срок службы батареи для маяка довольно длительный и может измеряться в месяцах.
Индикатор уровня принимаемого сигнала (RSSI) со стороны приемника может быть важной частью отношения передатчик-приемник. Значение RSSI может использоваться для измерения расстояния между маяком и приемником. Например, маяк может передавать RSSI на один метр. Затем приемник может использовать свой собственный RSSI в сочетании с этим переданным RSSI, чтобы получить приблизительную меру расстояния (см. Здесь больше для расчета расстояния от маяка).
Типичным примером использования близости является то, что организация может отправлять целевые сообщения через приложение для смартфонов в зависимости от того, где вы находитесь в магазине. Посмотрите эту ссылку, чтобы узнать, как чемпион NBA Кливленд Кавальерс использует маяки (можете ли вы догадаться, какую команду NBA я коррумпирую для "// blog.beaconstac.com/2015/12/how-beacons-can-revolutionise-healthcare/" target = " что в некоторых случаях «отслеживание людей» может быть реализовано с маяками BLE дешевле, чем с GPS, и с меньшим вторжением в частную жизнь, чем камеры.
Солнечный маячок
Солнечный маяк от Cypress Semiconductor - это размер американского квартала
Солнечный маяк от Cypress Semiconductor использует технологию маяка для передачи измерений температуры и влажности, встроенных в рекламную передачу. Таким образом, в дополнение к вышеупомянутым применениям эти устройства функционируют как узлы беспроводного датчика малого радиуса действия.
Эти маяки доступны в двух комплектах:
- CYALKIT-E02 Содержит один солнечный маяк и один мост BLE-USB (Debug Board), который можно использовать для программирования параметров маякового радиосигнала и т. Д.
- CYALKIT-E03 Содержит пять солнечных маяков.
Что внутри?
Взгляд под капотом солнечного маяка (нажмите, чтобы увеличить). Изображение предоставлено Cypress Semiconductor
- Датчик влажности и температуры - Si7020-A20. Датчик малой мощности оснащен интерфейсом I2C для точной цифровой измерения температуры и относительной влажности. Хотя чип обеспечивает 16-разрядные значения датчика (с 14-разрядным разрешением), для температуры и влажности значения усекаются до 8 бит и встроены в рекламную передачу.
- Модуль EZ-BLE PRoC - CYBLE-022001-00. Мозг маяка содержится в модуле BLE. Это маломощное устройство включает в себя радиостанцию BLE с частотой 2, 4 ГГц, ядро процессора ARM Cortex-M0 и безвозвратный стек BLE (4.1). Маяк запрограммирован с программным обеспечением для передачи температуры и влажности.
- Энергетический комбайн - S6AE103A. Если модуль EZ-BLE PRoC является мозгом маяка, то S6AE103A - это сердце. Это ИС управления питанием (PMIC), специально разработанная для использования с солнечными батареями. PMIC хранит энергию, генерируемую солнечными батареями в конденсаторе, а также контролирует, как подача питания на нагрузку. Если солнечный элемент не генерирует достаточную мощность, чип может доставлять ток нагрузки из емкости хранения или из батареи. S6AE103A также содержит регулятор LDO, который обеспечивает стабильное напряжение для датчиков или других периферийных устройств.
- Солнечная батарея AM-1606C-MEL. Маяк использует аморфный кремниевый солнечный элемент Panasonic размером 15 мм × 15 мм. Максимальная мощность (MPP) для устройства составляет 3, 58 мкВт / см 2 при 200 люкс (VMPP = 2, 6 В).
-
Конденсаторы -
- Конденсатор «системной нагрузки» состоит из банка чип-конденсаторов 4 × 100 мкФ.
- Накопительный накопительный конденсатор энергии представляет собой суперконденсатор DCK-3R3E204T614-E 0, 2 F.
- Переключатель слайдов - маяк включает в себя ползунковый переключатель для переключения режима в режим «демонстрационный» или «таймер». В демонстрационном режиме суперконденсатор не может быть полностью заряжен, а интервал между передачами составляет от 3 до 60 секунд, в зависимости от уровня освещенности 1000 люкс (или выше) до 100 люкс соответственно. В режиме таймера интервал между передачами фиксируется в течение 5, 17 минут, а суперконденсатор заряжается избыточной мощностью от солнечного элемента, когда он доступен. Когда суперконденсатор полностью заряжен, трансмиссии могут возникать в течение 30 часов без окружающего света.
Формат маяка
На следующем рисунке показан формат передачи маяка. Общая схема может использовать UUID для идентификации устройств семейства маяков и MAJOR ID для идентификации конкретных маяков. Значения датчика температуры и влажности содержатся в том, что обычно является полем идентификатора iBeacon MINOR ID.
Формат рекламной информации маяка (нажмите, чтобы увеличить). Изображение предоставлено Cypress Semiconductor
Отладочная плата
Отладочная плата (нажмите, чтобы увеличить). Изображение предоставлено Cypress Semiconductor
Используя BLE-USB Bridge (Debug Board), пользователь может легко запрограммировать элементы рекламы Beacon (см. Таблицу ниже). После подключения платы и маяка программирование выполняется с помощью программы терминала USB, такой как программное обеспечение с открытым исходным кодом Tera Term; версия Tera Term включена в пакет загрузки программного обеспечения Solar Beacon.
Отладка платы с солнечным маяком прилагается
Список команд программирования (нажмите, чтобы увеличить). Изображение предоставлено Cypress Semiconductor (PDF)
Хотя я еще не пытался это сделать, документация указывает, что панель отладки вместе с программным обеспечением PSoC Creator может использоваться для непосредственного программирования модуля EZ-BLE с использованием шестнадцатеричных файлов.
Когда к плате отладки подключен маячок, он будет заряжать бортовой суперконденсатор; половина заряда требуется две минуты, а для полной зарядки требуется «десять минут или больше».
Создание гибридного датчика
При использовании пайки «устойчивой рукой» вы можете легко превратить солнечный маяк в гибрид, добавив 3-вольтовую батарею с ячейкой, как показано на рисунке ниже.
Соединения для подключения аккумуляторной батареи. Изображение предоставлено Cypress Semiconductor
Документация не так подробно описана в гибридных целях. Информация из Руководства по эталонному дизайну (PDF) показывает образец сигнала только для режима энергопотребления (который, я считаю, включает демонстрационный режим на маяке); в документации четко не указано, работает ли резервная батарея в режиме таймера.
Программный пакет
Несколько программ для использования с Solar Beacons можно скачать бесплатно с Cypress, включая утилиту на базе ПК, Cypress BLE-Beacon.
Ниже приведен снимок экрана программы. Карта контура была получена от размещения нескольких маяков в различных областях, включая холодный подоконник. В то время как я не пытался настроить базовую карту местоположения «жилища», вы можете получить представление о визуальных возможностях программного обеспечения.
Снимок экрана от BLE Beacon Software (нажмите, чтобы увеличить)
В дополнение к версии на базе ПК есть мобильные приложения для Android и iOS. Я проверил мобильное приложение (см. Ниже) на своем Android-устройстве, используя три маяка, каждый на сайте с различными уровнями освещенности. Я проверил уровни света, используя простой датчик окружающего света BH1750FVI с Arduino UNO. Вдали от строгого уровня испытательной лаборатории я просто хотел посмотреть, смогу ли я визуально подтвердить разные рекламные интервалы под разными уровнями освещения, используя внутренние лампы.
Датчик 1 составлял 702 люкс, 3 - при 8150 люкс, а 4 - в 970 люкс. Все три маяка были установлены в демонстрационный режим. Хотя я не уверен, что достигнуты точные частоты передачи, указанные в справочном руководстве по дизайну (есть, правда, многие переменные), вы можете четко различать рекламные интервалы трех датчиков, и они положительно коррелируют с уровнем освещенности.
Снимок экрана из мобильного приложения Android (нажмите, чтобы увеличить)
Заключительные мысли
Эти солнечные маяки хорошо документированы и включают в себя очень много функциональности в пределах очень небольшого размера. У них есть готовая утилита, и они также служат витриной для включенной технологии.
В соответствующем проекте мы будем тестировать устройства, создавая многоузловой монитор температуры и влажности на основе Arduino-UNO.