低功耗蓝牙温度计的设计.docx

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何诚刚
【摘 要】Bluetooth is aimed at applications involving low power consumption,small volume of data transmission and button-battery power can be widely applied to many areas such as medical equipment,industrial control,remote control,intelligence home and so low power consumption Bluetooth module,based on BL620- SA,provides a design for wireless Bluetooth the design,surrounding there are collected using BL620-SA and Low power consumption Bluetooth protocol,the parameters are subsequently sent to an intelligent terminal for computing and displaying the current surrounding design features a wide range of advantages including low power consumption,extensive temperature detecting (-55～155℃),wireless transmission and friendly user ,it supports intelligent terminals with either IOS or Android system.%蓝牙 主要面对功耗需求极低、传输数据量小、使用纽扣电池供电的应用,可广泛地应用于医疗设备、工业掌握、无线遥控、智能家居等领域. 基于 BL620-SA BL620-SA 以及热敏电阻采集环境温度参数,、测温范围广(-55～155℃)、无线传输、用户界面友好等特点,可支持 IOS 和 Android 两种系统的智能终端.
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2023(026)001
【总页数】4 页(P114-117)
【关键词】蓝牙低功耗;BL620-SA;温度计;NTC 热敏电阻
【作 者】何诚刚
【作者单位】西安交通大学城市学院电气与信息工程系,陕西西安 710018
【正文语种】中 文
【中图分类】
蓝牙技术联盟于 2023 年 7 月 7 日正式推出蓝牙 标准〔称为BluetoothSmart〕。它包括高速蓝牙、蓝牙低功耗〔Bluetooth Low Energy， BLE〕和经典蓝牙协议。高速蓝牙基于 Wi-Fi，经典蓝牙则包括旧有蓝牙协议。蓝牙低功耗是蓝牙 版本的一个子集，它有着全的协议栈，可快速建立简洁的蓝
牙连接。蓝牙 主要面对功耗需求极低、传输数据量小、使用纽扣电池供电的应用。蓝牙 芯片设计有两种模式：双模和单模。双模状况下，Bluetooth Smart 功能整合入既有的经典蓝牙掌握器，双模架构芯片共享全部经典蓝牙既有的射频和功能。单模状况下，只能执行低功耗的协议栈，单模芯片的本钱降低，拥有本钱极低的高级节能和安全加密连接，它具有轻量级的链路层和简易的设备觉察协议，可供给低功耗待机模式操作以及牢靠地点对多数据传输。2023 年 10 月蓝牙技术联盟为蓝牙 推出的商标，即用于主设备的“Bluetooth Smart Ready”和用于传感器的“Bluetooth Smart”。
1 BL620-SA 低功耗蓝牙模块
BL620-SA 是美国莱尔德公司生产的单模低功耗蓝牙模块，支持蓝牙 协议栈，可广泛地应用于医疗电子、物品定位、智能家居等领域，支持安卓及苹果 IOS 操作系统，便利使用手机、平板电脑采集数据，BL620-SA 内部集成
nRFS1822ARM 处理器，拥有 16K 的数据存储器以及 256 K 的非易失程序存储器， 供给 28 个双向 GPIO 引脚，供给 SPI、I2C、UART 接口以及 6 路精度为 10 bit
的 A/D 转换通道，便利连接外围器件，BL620-SA 在进展数据传输时仅消耗 10 mA 的电流，在待机状态仅消耗 5 μA 的电流，而在休眠状态仅消耗 μA 的电流，在开阔场地的传输距离可达 20 米。BL620-SA 使用 BASIC 语言编程，利用莱尔德公司供给的免费 BASIC 语言编译和编程工具 UWTerminal 可以便利地进展软件调试和下载并实现产品快速上市，图 1 为 BL620-SA 内部架构图。
图 1 BL620-SA 内部架构图2 蓝牙低功耗温度计的设计
由 BL620-SA 构成的低功耗蓝牙温度计的电路图如图 2 所示，温度数据的采集由BL620-SA 的 A/D 转换通道以及 TDK 公司生产的 NTC 热敏电阻 S891 完成， NTC〔Negative Temperature Coefficient〕是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻。系统的电源电压由 xxx 型号的纽扣电池供电， BL620-SA 的 GPIO 引脚的输出电压与系统电源电压全都，但当系统工作于低功耗待机状态或休眠状态时，GPIO 引脚消耗的电流仅分别为 5 μA 及 μA，GPIO 接口输出的电压供给应由周密电阻 R1 与热敏电阻 RT1 组成的分压电路，当环境温度发生变化时，热敏电阻阻值转变，分压电路输出的电压值转变，分压电路输出的电压值送入 BL620-SA 的第一路 A/D 转换通道，同时，电源的电压值也经GPIO 接口采样后直接送入 BL620-SA 的其次路 A/D 转换通道，插座 J1 用于 PC 机经串口对 BL620-SA 进展编程，跳线插座 J2 用于设置 BL620-SA 的在线编程，
短接时系统工作于调试方式，此时 LED 闪耀，允许外部设备通过 UART 接口在线
编程，正常工作状态下不使用跳线，LED 只在上电时闪耀，跳线插座 J3 用于设置BL620-SA 的工作模式，插座引脚 1、2 短接时，系统工作于 Autorun 模式，此时系统上电或复位后自动运行用户应用程序，当需要擦除 BL620-SA 的内部程序， 并重对 BL620-SA 编程时，可将 J3 插座引脚 2、3 短接，此时系统工作于Command 模式。两路 A/D 转换通道采集到的模拟电压值经量化后经蓝牙模块发送给手机或平板电脑，由手机或平板电脑依据肯定的算法计算出实时环境温度值并显示在屏幕上。
热敏电阻 RT1 与电阻 R5 组成的分压电路中，可以计算出某一环境温度下热敏电阻两端的电压值与热敏电阻之间的关系为：
因此，假设知道热敏电阻阻值与环境温度的关系就可以计算出当前环境温度。NTC 热敏电阻阻值与环境温度的关系式为：
式中 RT 是环境温度为 T℃时的热敏电阻阻值，RTx 为最接近温度 T℃的某一标准温度 Tx℃的热敏电阻阻值〔Tx＜T〕，αx 为热敏电阻在温度 Tx℃时的温度系数， 其中 RTx、αx 可由该热敏电阻的电阻-温度特性表查表计算获得，由式〔2〕可知NTC 热敏电阻阻值与环境温度成指数函数关系，依据式〔2〕，进一步可以求出：
为了更简洁依据热敏电阻阻值求解出环境温度，热敏电阻生产商会依据每种热敏电阻的电阻-温度特性给出不同种类热敏电阻阻值与环境温度的对应关系表，通过查表的方式可以便利地计算出环境温度。例如；某一热敏电阻的阻值-温度关系表如表 1。
表 1 某热敏电阻的阻值-温度关系表〔局部〕温度/℃70 75 80 85 90 95 100
RT/R25 23 14 77 27 41 066
α(%/K)
图 2 低功耗蓝牙温度计原理图
表中 RT/R25 为温度为 T℃时的热敏电阻阻值与温度为 25℃时的热敏电阻阻值的比值，温度为 25℃时的阻值称为热敏电阻的额定零功率电阻值，这个电阻值就是NTC 热敏电阻的标称电阻值。依据上表，某一温度 T℃的热敏电阻阻值可通过下式计算：
假设图 2 中从 BL620-SA 的第一路 A/D 转换通道采集到的分压电压值为 V， 依据式〔1〕就可计算出此时热敏电阻的阻值为 ，假设 25℃时热敏电阻阻值为 10kΩ，查表可知当环境温度为 80℃时热敏电阻阻值为
而当环境温度为 85℃时热敏电阻阻值为
依据计算结果可知 R80＜RT＜R85
因此在利用式〔3〕进展计算时取，将这些参数连同用式〔1〕计算出的 RT= 2kΩ 一起带入等式〔3〕可以计算出此时的环境温度 T=℃。
蓝牙低功耗温度计的软件设计
低功耗蓝牙温度计的软件设计包括 BL620-SA 以及终端侧两局部的软件设计， BL620-SA 的软件开发基于 BASIC 语言，软件主要完成系统的初始化，蓝牙通信的建立以及 A/D 转换通道数据的读取与发送，BL620-SA 内置标准的低功耗蓝牙
协议栈，莱尔德公司供给了编程所需要的蓝牙通信函数，编程时只需调用即可， 大大缩短了产品上市时间。
图 3 为低功耗蓝牙温度计的 BL620-SA 的软件流程图。BL620-SA 在终端侧支持
苹果 IOS 系统以及安卓系统编程，终端侧的软件主要完成蓝牙数据的接收，环境
温度的计算等工作，为此编程时需要将热敏电阻阻值与环境温度的对应关系表内置于终端程序内，便利终端计算环境温度值，用户界面可显示当前环境温度以及电池电量使用状况等参数，图 4 为安卓系统用户界面截图。
结论
蓝牙 专为极低电池量的装置而设计，仅通过一般纽扣电池供电便可确保长达一年的正常使用，因此在包括医疗设备、工业掌握、无线外设、远程遥控等领域都得到了广泛得应用。由 BL620-SA 构成的低功耗蓝牙温度计具有价格低、测温范围宽〔-55℃～155℃〕、功耗低、无线传输、用户界面友好等特点，可支持苹果
IOS 和安卓系统，在工农业生产、户外运动、智能家居等领域有着广泛的应用前景。图 3 BLA620-SA 软件流程图
图 4 蓝牙温度计安卓系统终端应用截图
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