A Tecnologia Bluetooth BLE e Seus Usos
A partir do desenvolvimento da versão 4.0 do padrão Bluetooth, lançado em 2010, foi criada uma alternativa de baixo consumo para a transmissão de dados, chamada Bluetooth Low Energy (BLE). A principal vantagem é o uso em dispositivos alimentados por pequenas baterias, tipo botão, garantindo sua operação por longos períodos, que podem chegar a anos. O alcance típico desta tecnologia é o de dezenas de metros, porém, com as atualizações mais recentes do padrão, como a versão 5.3, podem chegar a algumas centenas de metros. O BLE utiliza a banda ISM não licenciada, entre 2.400 MHz e 2.483 MHz, que é a mesma utilizada no Wi-Fi. Como em qualquer dispositivo que transmita radiofrequências, o dispositivo precisa ser homologado pela ANATEL.
O uso de produtos que utilizam a tecnologia BLE é o mais variado, como smartwatch, sensores em alarmes, controles remotos para portões de garagem, fechaduras eletrônicas, dispositivos de smart home como lâmpadas, sensores de fumaça, vazamentos de gás ou de água. Na área industrial, pode transmitir informações de temperatura, pressão, vibração ou outras grandezas, tanto para operação quanto para manutenção preventiva de máquinas da Indústria 4.0. Servem ainda para localização indoor e outdoor, como em eventos e museus, além de lojas, onde podem ser utilizados para disparar notificações sobre promoções em produtos, quando o usuário se aproxima de alguma gôndola. Ainda no comércio, pode servir como etiqueta eletrônica de preços nas prateleiras, informando, a partir de dados enviados pelo servidor, o preço dos produtos. Na área médica facilita na monitoração de pacientes e no controle de ativos nos hospitais. O uso desta tecnologia é limitado somente pela imaginação do usuário. A cada dia, novos casos de usos aparecem.
Nem tudo são flores…
Ainda que seja uma tecnologia que apresenta inúmeros benefícios, seu uso impõe o conhecimento aprofundado do padrão BLE, de forma a manter a compatibilidade, para conseguir ser lido pelos celulares com sistemas Android e iOS, assim como para não interferir em outros dispositivos. Este conhecimento está longe de ser trivial. O projeto do firmware para um “beacon” (o transmissor BLE) requer um razoável tempo de aprendizado e desenvolvimento.
Durante a transmissão, os transceptores BLE consomem uma corrente de alguns miliamperes, por curtos intervalos de tempo, mas quando não transmite, o circuito de transmissão tem o consumo muito baixo. Por outro lado, é o circuito de recepção o grande vilão no consumo, já que fica ligado continuamente, esperando algum pacote de informação a ele destinado. O consumo do circuito de recepção também é de alguns miliamperes, bastante comprometedor.
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Um projeto de hardware com um chip tradicional que contenha um transceptor BLE é tipicamente composto de um microcontrolador com memória interna, conversores A/D e D/A, portas GPIO e alguns outros periféricos. Estes microcontroladores também possuem consumo elevado de energia. Seu software precisa ser estudado criteriosamente, para hibernarem o máximo possível, evitando comprometer o consumo médio do produto. Porém, numa aplicação convencional, uma das funções do microcontrolador é fazer a leitura de algum sensor e emitir um anúncio BLE (advertising), quando alguma condição específica ocorrer. O circuito pode ser planejado para o sensor acordar o microcontrolador, porém o próprio sensor também pode estar consumindo muita energia da bateria!
Reinventando a roda
Imagine que você somente precisa transmitir alguma informação via BLE, como informações periódicas de sensores ou ainda seu ID, para posicionamento, mas que seu dispositivo jamais precisa receber dados. Neste caso, seria possível remover completamente o circuito de recepção e ter um chip somente transmissor. Ao fazer isso, remove-se cerca de metade da área de silício do chip, reduzindo-se drasticamente seu custo. Como mencionado no parágrafo anterior, a remoção do receptor também reduz enormemente o consumo de energia.
Agora imagine um chip em que o programador não precisasse conhecer o protocolo Bluetooth. Que você pudesse programar facilmente somente definindo alguns parâmetros numa interface gráfica (GUI) de um aplicativo e este se encarregaria de formatar os dados totalmente aderentes ao protocolo. Isso significa simplesmente que o tempo de desenvolvimento de software ficaria reduzido de semanas para… minutos!
E se o chip é somente um transmissor e boa parte da inteligência reside no aplicativo, então talvez ele nem precisasse de um microcontrolador interno. Bastaria uma máquina de estado, para realizar suas funções. Isso mesmo, ele não tem nenhum microcontrolador interno! Ainda mais redução de custo e menor consumo de energia. A corrente em repouso do NanoBeacon IN100 é menor do que 650 nA (nanoamperes). A tensão de alimentação pode variar desde 3.6V até 1.1V, ou seja, prolonga o tempo de operação ao funcionar até com a bateria bastante descarregada.
E como trabalhar com os sensores externos, sem um microcontrolador interno? O chip tem uma série de interfaces como conversor A/D interno de 11 bits conectado a portas de sinal misto, uma série de GPIOs, porta I2C, UART, sensor de temperatura interno, medidor de tensão de alimentação, contador de pulsos para a leitura de sensores de temperatura com 1-fio, e ainda controla a alimentação dos sensores externos. Isso sem falar na segurança, já que tem criptografa os dados em AES-128.
Para assegurar maior flexibilidade e adaptação a seus projetos, 3 encapsulamentos distintos estão disponíveis: DFN 8 (2,5 x 2,5 x 0,75 mm), QFN 18 (3 x 3 x 0,75 mm) ou WLCSP 10 (1 x 2 x 0,35 mm). Mais informações do NanoBeacon IN100 podem ser encontradas no link https://inplay-tech.com/in100 .
Como começo a usar?
A Inplay oferece um kit de desenvolvimento para o IN100 composto de uma placa de programação que se conecta via USB ao computador, e contém 3 placas de desenvolvimento com o IN100, que já vem com soquete para uma bateria botão 1220. O kit salva os dados de programação na memória RAM, até que você esteja seguro que o projeto está finalizado, quando então pode salvar os dados permanentemente na memória OTP do chip.
A Inplay continuamente incrementa o leque de parceria com diversos fabricantes de sensores, como a Analog Devices, Bosch Sensortec, Mitsubishi, NXP, Sensirion e Texas Instruments, dentre outros. Os arquivos de configuração estão disponíveis no repositório do NanoBeacon, no GitHub: https://github.com/NanoBeacon/config-files .
Os kits de desenvolvimento e o suporte técnico no Brasil são oferecidos pelo nosso distribuidor Karimex.
Karimex
Em caso de quaisquer dúvidas sobre as placas e ferramentas de avaliação ou itens da InPlay, você pode obter suporte local através do distribuidor Karimex pelo e-mail engenharia@karimex.com.br.
