Szybkie wykorzystanie rozwiązań Bluetooth AoA i AoD do śledzenia logistyki wewnątrz budynków

Układy SoC dla technik Bluetooth AoA i AoD

Deweloperzy mogą wykorzystać układy SoC, np. EFR32BG22C222F352GN32-C firmy Silicon Labs, do implementacji sieci Bluetooth 5.2 oraz technologii AoA i AoD. Ten układ SoC należy do rodziny EFR32BG22 Wireless Gecko. Zawiera 32-bitowy rdzeń Arm® Cortex®-M33 o maksymalnej częstotliwości roboczej 76,8MHz oraz energooszczędny rdzeń radiowy 2,4GHz o niskim prądzie aktywnym i uśpienia, jak również zintegrowany wzmacniacz mocy o mocy nadawania (TX) do 6dBm. Wymiary jego obudowy QFN32 to 4 × 4 × 0,85mm (ilustracja 3). Zawiera on bezpieczne uruchamianie z systemem Root of Trust i bezpieczny program ładujący (RTSL). Dodatkowe funkcje zabezpieczeń obejmują sprzętową akcelerację kryptograficzną dla AES128/256, SHA-1, SHA-2 (do 256 bitów), kodowanie korekcyjne (ECC) (do 256 bitów), algorytm podpisu cyfrowego krzywej eliptycznej (ECDSA) i krzywą eliptyczną Diffiego-Hellmana (ECDH) oraz generator liczb prawdziwie losowych (TRNG) zgodny z NIST SP800-90 i AIS-31. Ponadto, w zależności od modelu, omawiane układy SoC posiadają do 512kB pamięci flash i 32kB pamięci RAM oraz obudowy QFN40 o wymiarach 5 × 5 × 0,85mm i TQFN32 o wymiarach 4 × 4 × 0,30mm, oprócz obudów QFN32.

Bezprzewodowy zestaw profesjonalny BG22-RB4191A zawiera płytkę radiową do radionamierzania opartą na układzie SoC 2,4GHz EFR32BG22 Wireless Gecko oraz układ anten zoptymalizowany pod kątem dokładnego radionamierzania, który może przyspieszyć rozwój rozwiązań RTLS opartych na komunikacji Bluetooth 5.1 wykorzystujących protokoły AoA i AoD (ilustracja 4). Płytka główna jest wyposażona w kilka narzędzi ułatwiających ocenę i rozwój zastosowań bezprzewodowych, w tym:

• debugger J-Link do programowania i debugowania na urządzeniu docelowym za pośrednictwem połączenia Ethernet lub USB
• zaawansowany monitor energii służący do pomiarów prądu i napięcia w czasie rzeczywistym
• interfejs wirtualnego portu COM zapewniający połączenie portu szeregowego przez Ethernet lub USB
• interfejs śledzenia pakietów zapewniający informacje o odebranych i wysłanych bezprzewodowo pakietach danych

Moduły dla Bluetooth AoA i AoD

Firma u-blox oferuje moduły Bluetooth, również ze zintegrowanymi antenami, obsługujące protokoły AoA i AoD. W przypadku zastosowań, w których korzystniejszy jest moduł bez wbudowanej anteny, projektanci mogą wykorzystać serię NINA-B41x, np. NINA-B411-01B opartą na układzie scalonym nRF52833 firmy Nordic Semiconductor (ilustracja 5). Moduły te zawierają zintegrowany rdzeń RF oraz Arm® Cortex®-M4 z procesorem zmiennoprzecinkowym i działają we wszystkich trybach Bluetooth 5.1, w tym AoA i AoD. Dzięki zakresowi temperatury roboczej od -40 do +105°C moduły te dobrze sprawdzają się w zastosowaniach lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) w środowiskach przemysłowych. Ponadto ich zakres napięć wejściowych od 1,7 do 3,6V sprawia, że są użyteczne w systemach zasilanych bateriami jednoogniwowymi.

Moduły z serii NINA-B40x firmy u-blox, np. NINA-B406-00B, zawierają wewnętrzną antenę na ścieżce płytki drukowanej połączoną z płytką drukowaną modułu o wymiarach 10 x 15 x 2,2mm (ilustracja 6). Moduły NINA-B406 mogą dostarczyć do +8dBm mocy wyjściowej. Oprócz trybów Bluetooth 5.1 obejmujących AoA i AoD, moduły te obsługują protokoły 802.15.4 (Thread i Zigbee) oraz protokoły zastrzeżone firmy Nordic 2,4GHz, pozwalając projektantom na standaryzację na jednym module dla szerokiej gamy projektów urządzeń IoT.

Aby przyspieszyć czas wprowadzania produktu na rynek, projektanci mogą wykorzystać zestaw badawczy XPLR-AOA-1 firmy u-blox, który umożliwia eksperymentowanie z funkcją radionamierzania Bluetooth 5.1 oraz obsługą funkcji AoA i AoD. Omawiany zestaw badawczy zawiera tag i płytkę antenową z modułem NINA-B411 Bluetooth LE (ilustracja 7). Tag jest zbudowany wokół modułu Bluetooth NINA-B406 i zawiera oprogramowanie do wysyłania komunikatów anonsowania Bluetooth 5.1. Płytka antenowa ma za zadanie odbierać komunikaty i stosować algorytm obliczania kąta w celu określania kierunku tagu. Kąty są obliczane w dwóch wymiarach z wykorzystaniem układu anten na płytce.

Elastyczność zestawu XPLR-AOA-1 umożliwia projektantom badanie różnych zastosowań, takich jak:

• wykrywanie, czy obiekt zbliża się do drzwi
• umożliwienie kamerze śledzenia aktywów przemieszczanych w pomieszczeniu
• śledzenie towarów przechodzących przez bramę lub mijających określoną pozycję
• unikanie kolizji pomiędzy robotami lub pojazdami kierowanymi automatycznie

Ponadto, wykorzystując kilka zestawów XPLR-AOA-1 i triangulację kierunków z trzech lub więcej płytek antenowych, można stworzyć bardziej złożony system pozycjonowania.

Ilustracja 7: bezprzewodowy zestaw badawczy XPLR-AOA-1 z układem SoC EFR32BG22 Wireless Gecko i układem anten pozwala przyspieszyć prace rozwojowe nad rozwiązaniami Bluetooth AoA i AoD. (Źródło ilustracji: u-blox)

Podsumowanie

Rozwiązania Bluetooth AoA i AoD mogą pozwolić na dokładne i opłacalne wdrożenie technologii usług lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) w ramach Przemysłu 4.0. Projektanci mają do dyspozycji układy SoC i moduły zawierające oprogramowanie potrzebne do szybkiego wdrożenia złożonego oprogramowania wymaganego do obsługi rozwiązań Bluetooth AoA i AoD. Wspomniane układy SoC i moduły są zoptymalizowane pod kątem niskiego poboru mocy w celu obsługi tagów lokalizacyjnych z zasilaniem bateryjnym i są przeznaczone do pracy w wymagającym środowisku przemysłowym.

Autor: Jeff Shepard

Źródło: Szybkie wykorzystanie rozwiązań Bluetooth AoA i AoD do śledzenia logistyki wewnątrz budynków

Kontakt w Polsce: Arkadiusz Rataj

Sales Manager Central Eastern Europe & Turkey

Digi-Key Electronics Germany

0048 696 307 330

arkadiusz.rataj@digikey.com

poland.support@digikey.pl

Zapraszamy 15 września 2023 na TEK.day Gdańsk, zapisz się już dziś!