低功耗蓝牙（也称为 BLE）于 2010 年推出，开创了连接的新时代，尤其是在智能设备和智能手机之间。BLE低功耗蓝牙是一种新的无线协议，与传统蓝牙共享一些功能。BLE低功耗蓝牙采用了蓝牙开创的一些相同概念，例如简单的连接和快速的数据传输，但经过简化，以实现低功耗、可靠和快速的设备间数据传输。
本文旨在介绍您在开发或设计蓝牙模块产品时需要了解的许多BLE低功耗蓝牙基础知识。在讨论BLE低功耗蓝牙之前，需要注意一下它的命名：Bluetooth Smart 是 Bluetooth Low Energy 最初的营销名称。Bluetooth Smart 的名称和标志并没有流行起来——包括我们在内的大多数人都将其称为 Bluetooth Low Energy 或 BLE。从营销角度来看，这也令人困惑——有没有不智能的蓝牙？更令人困惑的是，还存在通常被称为“双模式”的“智能就绪”设备，这意味着它们同时支持 Bluetooth Low Energy 和 Bluetooth Classic（例如，用于用手机拨打电话）。虽然通常称为 BLE，但蓝牙 SIG 不鼓励使用此名称，因为 BLE 不是他们拥有的商标。因此，正式名称为蓝牙 LE 才是正确称呼。
蓝牙协议是无线通信中最常见的无线通信协议之一，十多年来蓝牙技术一直应用于智能手机、电脑和其他设备。我们大多数人都熟悉蓝牙，也熟悉蓝牙如何让我们连接耳机并使用手机拨打电话。蓝牙设备和新用例的爆炸式增长使蓝牙 SIG 和其他公司意识到蓝牙在某些物联网应用中耗电量过多，连接时间过长。例如，使用蓝牙的钥匙链查找器运行时间不会太长，连接时间可能很长，这让用户很失望。
从 iPhone 4s 开始，Apple 就开始在其设备中支持 BLE，这为大量小型电池供电设备开辟了道路。在 BLE低功耗蓝牙出现之前，使用传统蓝牙对用户和开发人员来说可能很麻烦。传统蓝牙很复杂，耗电量很大，而且在 iPhone 上需要身份验证芯片，这很昂贵，导致这些产品过于昂贵。对于传输数据，Apple 设备无需此要求即可支持 BLE，因此成本较低。BLE低功耗蓝牙技术最强大的方面之一是它的可扩展性，以及它如何允许任何有想法并需要交换信息的开发人员这样做，而不是传统蓝牙的僵化结构。
蓝牙和 BLE 是可以简化产品连接的出色协议。但是，了解它们与其他无线技术相比的地位很重要。WiFi协议、Zigbee协议和其他协议在某些应用中表现更好，而 BLE低功耗蓝牙模组并不总是适用所有物联网应用场景。下面，我们来看看 BLE低功耗蓝牙协议与zigbee协议和WiFi协议的一些区别：
Zigbee模组、WiFi模组和BLE蓝牙模组都使用2.4GHz ISM 频段，但它们的功能差异很大。虽然 BLE 无线电是一种短距离设备，消耗的电量低于 Zigbee模块和WiFi模块，但它在蓝牙 5.0 规范中得到了发展，允许高达 20dBm 的输出功率以及 BLE 长距离。这意味着它的范围很广。事实上，我们已经能够实现超过 1 公里的实际距离。在选择电池时，BLE 较低的峰值电流消耗至关重要。峰值 TX 电流高达 200mA 或更高的 WiFi 绝对不可能依靠纽扣电池运行。然而，BLE 无线电是专为纽扣电池操作而设计的。
BLE低功耗蓝牙引入了一种全新的无线电，其调制方式与蓝牙经典的 1Mbps 类似，但有所不同。让我们深入了解 BLE 物理层。物理层指的是无线电本身：
BLE低功耗蓝牙使用与传统蓝牙和 Wi-Fi 相同的 2.4GHz ISM 频段，因为它是“未经授权”的，无需 FCC 许可即可使用，并且在全球范围内均可使用。该频段从 2400MHz 开始，一直持续到 2483.5MHz。蓝牙 LE 规范将频段划分为 40 个 1MHz 间隔 2MHz 的通道。这是传统蓝牙通道的一半，但它有助于简化一些无线电设计。3 其中的通道称为“广播”，仅供设备用于发送信标数据包（称为广播数据包）。这些数据包包含允许其他设备连接的信息，但也可以提供有关设备的信息。
为了避免 Wi-Fi信号和其他来源的无线电干扰，广播频道被专门放置在频段的下部、上部和中部。例如，Wi-Fi模组可以占用 20MHz 到 40MHz 的带宽。通过分散广播频道，Wi-Fi基站不太可能干扰所有频道。例如，如果频道 38 及其周围频道受到干扰，那么还有另外 2 个广播频道 37 和 39 不会受到影响。
BLE蓝牙无线电使用 1Mbps 或 2Mbps 的调制方案进行传输，适用于支持蓝牙5.0协议的无线电。大多数（如果不是所有）可用的无线电都兼容 5.0，但有些较旧的设备不兼容。2Mbps PHY（物理层）允许更快的数据传输，但通常以范围为代价。蓝牙 5.0 还引入了 CODED phys。使用编码 PHY 的传输使用 1Mbps 调制，但它们使用位来实现冗余（在无线术语中称为编码）。这允许纠错，从而有效地改善噪声信号。
有一件事通常没有解释，那就是一些权衡。1Mbps 是大多数广播使用的标准调制。使用 2Mbps 需要无线电进行协商。为了使其工作，连接的两端都需要支持蓝牙 5.0。2Mbps PHY 是蓝牙 5.0 支持的必需条件，但蓝牙长距离支持是可选的。智能手机支持 2Mbps PHY，但我们还没有看到一款支持 LE 长距离。部分原因是长距离通常是工业要求。
蓝牙5.0协议还支持高达 +20dBm 的输出功率，这是您可以达到的最大极限。以前，+10dBm发射功率是极限，但大多数 BLE 无线电支持高达 4dBm 左右，只有少数例外。如此高的输出功率使 BLE 能够覆盖非常远的范围。BLE 在速度和输出功率方面的灵活性允许优化应用设计，并使 BLE 具有强大的功能以适应许多用例。
要构建 BLE低功耗蓝牙产品，无需了解更多有关物理层的知识，但需要了解一些有关RF射频的知识。与所有无线发射器一样，BLE蓝牙设备发送和接收射频信号，这需要天线和精心设计的RF设计。天线设计是一个复杂的话题，但实际上可以使用任何 2.4GHz 天线。PCB天线和贴片天线是最常见的天线之一。
产品1：E104-BT52X BLE5.0协议蓝牙模块：https://www.ebyte.com/product/1940.html
芯片方案：DA14531
工作频率：2.402~2.480GHz
蓝牙协议：BLE5.0协议
通信距离：130m
产品尺寸：10*10mm
产品重量：0.4±0.1g
产品简介：E104-BT52X是一款基于蓝牙协议5.0版本的串口转BLE蓝牙主从一体模块，体积小、功耗低，工作在2.4GHz频段。模块可广泛应用于智能穿戴、家庭自动化、家庭安防、个人保健、智能家电、配饰与遥控器、汽车、照明、工业互联网、智能数据采集、智能控制等领域。
产品2：E104-BT53C3 车规级耐高温蓝牙模块：https://www.ebyte.com/product/2037.html
工作频率：2402~2480MHz
蓝牙协议：BLE5.2协议
通信距离：170m
产品尺寸：23*16mm
产品重量：1.3g±0.1g
产品简介：E104-BT53C3是一款基于BLE5.2协议的串口转蓝牙模块，具有耐高温、体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点，工作在2.4GHz频段。蓝牙模块是基于Silicon Labs的EFR32BG22C224F512IM40-C芯片研发的车规级蓝牙模块，可在-40~+125℃环境中长时间使用，该蓝牙模块使用通用的AT指令，操作简单快捷。蓝牙模块可广泛应用于智能穿戴、家庭自动化、家庭安防、个人保健、智能家电、配饰与遥控器、汽车、照明、工业互联网、智能数据采集、智能控制等领域。
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