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基于蓝牙4.0低功耗技术——寻物防丢器评测拆解

发布时间:2020-06-18 发布时间:
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蓝牙4.0低功耗技术的发展硬生生的将现有的蓝牙技术提高了一个阶梯,使原本很多存在于臆想中的产品变为现实。在见识到蓝牙4.0 BLE的强大之后,厂家的各种相关产品也“纷至沓来”,今天,笔者将给大家带来一个基于蓝牙4.0低功耗技术应用的小玩意——寻物防丢器Pally Smart Finder(下文提到Pally Smart Finder将统一以Pally代称)。

Pally是一家专注于低功耗无线通信技术的软硬件整体解决方案公司的一个寻物防丢终端产品,那么,到底什么是寻物防丢器?顾名思义,其主要包含两个功能:寻物、防丢,而今得益于蓝牙4.0低功耗技术的发展,市面上的寻物防丢器普遍采用此种解决方案,其基本原理是以通信时的蓝牙信号强度(RSSI)为参考,加上软件一系列的滤波算法,设定一定的测量距离,超出设定距离即发出丢失警报,实现手机与防丢机(人、物都可)之间的双向寻物防丢功能。在了解了寻物防丢器的基本实现原理后,我们再来看下Pally这款产品到底如何。

Pally的包装十分“简单随便”,可以随便拆开封好,让你都无法判断这个产品是否是全新的,而产品包装上的介绍说明也比较特别,即使在中国地区销售,文字内容也全都是英文 ,有些不伦不类的感觉。

Pally寻物防丢器包装

或许有部分用户觉得用英文说明会显得产品比较“高大上”,但事实不然,如果你看到这个小玩意的实物,相信就不会有这种想法了,首先,材质是一般的塑料,连笔者台式机上普通的键盘上的塑料都不如。再说外形(见下图),实在很土,没什么创意创新,再加上52.7*32*10mm不算小巧的体积(跟一般无线遥控的汽车钥匙差不多大小),这算不算是跟当初小米所宣称的没有设计就是最好的设计不谋而合?

Pally寻物防丢器

Pally正面带有一个功能按键P,主要用于一开始的蓝牙配对以及防丢失功能中的呼叫,P键上面白色圈点为红色指示灯位置,背部则仅有一颗螺丝固定,其貌不扬这是笔者看到的第一印象。当然,一般购买这东西的用户看重其实用型,只有在功能能上满足用户的需求了,再来批判其外观做工更合理,若是一个出厂到消费者手里的产品连基本功能的实现都勉勉强强,我想,这就不需要我们再做任何无意义的讨论了。

Pally使用

如何使用?相信这是大部分用户关心的问题,最简单的方法,用你的Iphone或者Ipad扫描包装盒上的二维码就可以下载Pally配套的APP应用。至于安卓或者其他系统的用户,只能说抱歉了,目前还没有稳定的APP可使用(安卓系统是在4.3版本后才支持蓝牙4.0低功耗,目前移动设备搭载此系统的还不是太多,这可能也是厂家未做安卓平台上的APP应用的一个原因)。

笔者也是借用了同事的Ipad,才有机会给大伙展示展示这个寻物防丢器到底怎么个用法。打开下载完成的APP软件应用,界面很简洁,第一次打开会扫描可配对设备,当扫描到Pally后会提示你按住Pally上的按钮P 3秒来完成配对操作,见下图。

Ipad配对寻物器Pally

配对完成后就能看到Pally寻物器的基本情况(见下图),如目前Pally的电池电量以及此时离你设备的信号强度。在实际生活使用中,你只要将Pally挂在相应的物品上,当你一时忘记这物品放在哪了,就可以点击Ipad上的寻物功能,Pally就会有规律的鸣叫,通过声音你就可以大致辨别方向去寻找。当然,这个前提条件是你的Pally并未超出你的信号覆盖范围,而笔者实测在屋中差不多也就10米不到左右的距离,一般情况下能满足正常的使用。如果超过了这个范围,撇开无法通过Ipad控制Pally外,就算能控制,Pally的鸣叫也差不多能躲过你的耳朵。所以,于内于外,在这个寻物功能中,兼顾信号的距离以及声音能被人耳听到的距离,这可以作为极限值参考了。

Pally寻物功能

寻物的究极功能是什么?可能是当你在路上不小心把东西遗失,回答家后才发觉,这时,你打开pally应用,点击寻找,则会出现Pally最后连接时的地点(见下图),当然,这不是那么准确,但至少是个功能,聊以慰藉,不过想寻回东西那也真如同大海捞针。

Pally在地图显示丢失地点

推荐开发板

  • Ti 蓝牙/802.15.1 开发工具--CC2541EMK
  • CC2540迷你开发板,附带的“密钥卡”电路板可用作 BLE 外设

介绍完Pally的寻物功能,我们再看下其防丢功能又是如何。在ipad上点击寻物功能旁边倒立的感叹号!,则进入Pally更细致的设置界面、如提示声、LED闪烁设置,另外,我们也能看到防丢功能的选项,点击打开防丢功能。

Pally防丢功能

此时我们能看到有关于Pally防丢功能的介绍以及防丢距离的设置(远10~20米,中:5~10米,近1~5米),实际测试下来,近和中距离区分不明显,而远距离则不到10米就出现报警,也有可能是笔者在房间测试的结果导致。但总得来说,这个功能比较实用,尤其对于健忘的朋友来说,开个会、食堂吃个饭等场合常常落下重要的东西,手机或者皮包等,那就非常实用。但若是你两者都落下了,那真是上帝都救不了你。

试用完Pally,我们发现其工作流程大致如下:

Pally工作流程

而在整个使用的过程中,笔者大致总结这么几点:

  • Pally外观真得掉档次,原本也算一个新颖的科技产品,为何不能做的靚一点,毕竟用户考虑购买在实用的前提下还是期望可作为一个非常不错的装饰品,尤其对于宠物爱好者来说,在心爱的宠物脖子上挂个这玩意,真有点鲜花牛粪配的感觉,这方面笔者在另一个购物网站上看到的nut寻访防丢器就做得不错。
  • pally寻物功能在嘈杂的环境适用性不太好,蜂鸣器声音小,容易被掩盖
  • 防丢功能很不错,但是要一直开启手机或者Pad中应用的防丢功能,对于移动设备很耗电,不建议、也不适合长期开启

Pally拆解

使用过Pally后,相信大家对寻物防丢器有所了解了,那Pally里面到底藏了怎样的方案呢?拆开看看便知,不用费多大力气,将背部螺丝拧下,便能取下后盖,不过...不过笔者惊呆了(见下图)

拆下Pally后盖

“这真他妈像个山寨的玩意”这是笔者拆开Pally后的第一个印象。而Pally的供电电源也很奇葩,是两节双鹿牌AAAA电池,也就是9号电池,在生活张并不是很常用。如果用这电池仅仅是想减小Pally的体积,纽扣电池不是更好(事实证明如果以这个方案设计,纽扣电池确实不合适,下文中将加以说明)。

将电池取下,便能把整个核心板卡取出,整个Pally拆完就这么点玩意(见下图)。拆解完Pally感觉对这个新颖的科技玩意有点失望,撇开核心电路设计方案,整体外形与材质完全可以做的更好,但是拿到手却是这么一个粗糙的产品。

Pally拆解全家福

推荐开发板

  • PIC/dsPIC蓝牙开发套件,基于16位、32位PIC单片机蓝牙开发板
  • PmodBT2 – 蓝牙接口、UART、SPI接口,低功耗蓝牙接口模块 

收拾下心情,来看下Pally核心的硬件方案,通过对Pally的使用功能我们大致也可以分析出其硬件方案。Pally的蓝牙4.0低功耗无线通讯方案采用了Ti 的单芯片解决方案CC2541 Soc(见下图)。

蓝牙4.0低功耗单芯片解决方案CC2541

Ti CC2541硬件系统框图

Ti CC2541内部集成了一个增强型的8051 MCU,系统内部集成可编程存储器、8KB RAM,支持250kbps、500kbps、1Mbps、2Mbps四种速率输出,是一款整体化的蓝牙4.0低功耗解决方案。说起来,跟德州仪器这颗SoC还颇有渊源,在罗技智能遥控的拆解中讲到其双模的蓝牙芯片方案CSR8811时还提到过Ti的这颗单模蓝牙4.0低功耗 SoC CC2541,没想到这么快就遇到了。

就如笔者那时所说的相对于双模的蓝牙4.0芯片的广阔适用性,Ti 这颗单模的蓝牙4.0低功耗芯片更是具有超低待机功耗(笔者实测了一下,待机状态下的最低功耗仅为1.1uA,对于一般的电子产品,其漏电流都不只这么点)、低峰值发射/接受功耗,以及快速连接响应特性(小于3ms)等特性,在特定应用领域有着无与伦比的优势,如在此时的寻物防丢器中的功能,又比如现在火爆的可穿戴设备领域(心率计、计步器等)、医疗检测领域(血压仪、体温计等)等领域。

然而,在苹果公司眼中,蓝牙4.0低功耗技术可不仅仅如此,在苹果主推的ibeacon功能中,蓝牙4.0低功耗可谓至关重要,更是进入室内定位新领域的重要窗口。而其基本原理如Pally寻物防丢器一样,还是主要通过蓝牙信号的强度计算距离。在网上也看到不少商家基于基于ibeacon功能的设备,下图则是笔者在网上淘的一个ibeacon功能小玩意,方案也很简单,就是一个蓝牙4.0低功耗的核心模块解决方法,而且巧合的是,这个方案同样是基于Ti公司的,不过是另一款蓝牙4.0低功耗的单芯片解决方案CC2540。

基于ibeacon功能的Ti CC2540蓝牙4.0低功耗解决方案

从命名上,用户基本也能察觉这两款产品的必然联系,事实上CC2540与CC2541差别不大,甚至于某些情况下两款产品在硬件上是可以实现兼容的,要理解这点,参照下面的引脚定义图一目了然.

CC2541与CC2540引脚定义

在不使用I2C或者USB接口时,CC2540与CC2541可以说是PIN-TO-PIN兼容的。除此之外,在功耗上,CC2541有一定优势:

  • TX:CC2541 18.2mA@0dBm,CC2540 27mA@0dBm (0dBm=1mW)
  • RX:CC2541@17.9mA,CC2540@19.6mA

虽然两款产品都完全支持最新的蓝牙协议栈,但是CC2540只支持蓝牙低功耗系统,而CC2541可以额外支持2.4G 的RF系统。至于价格,两者差别不是太大,以都是集成128KB片上编程存储为例,大于5K量的价格Ti官网的报价分别是CC2540 -1.95美刀,   CC2541-1.79美刀。

Pally寻物防丢器方案留给我们可参考的电路设计并不多,除了蓝牙方案外,LED与蜂鸣器的方案都非常简单,但就是这个简单的蜂鸣器设计,让笔者觉得是设计中的一个缺陷,为何?

Pally选用的蜂鸣器是江苏常州一家公司的产品,属于无源式贴片式蜂鸣器,产品本身没什么问题,而且可以说是比较高档的一款贴片蜂鸣器。但是用在这里就比较尴尬,此款蜂鸣器工作电流大概能达到90mA左右,而这个蜂鸣器的选择也不得不迫使整个产品放弃选用纽扣电池作为供电方案,众所周知纽扣电池内阻很大,输出电流很小,很难维持此款蜂鸣器的工作电流,或许方案设计者也考虑过这个问题,可能是采用纽扣电池可以驱动的蜂鸣器音量达不到要求,总之,这点上我们也能察觉到实际设计中面临的种种困境,有点鱼和熊掌不可兼得的味道。

除了这方面外,另一处的设计也让笔者进一步肯定产品设计考虑的不够完善,见下图

芯片背面铜开孔和电池连接器构造

在Pally蓝牙芯片背部的覆铜区域我们可以看到上面贴了一条胶带,一开始笔者也没大注意,想顺手撕掉,不过仔细观察发现大有问题啊。当把Pally PCB组装上去,发现在结构上这块“GND”正好与壳子底部供电电源的正极连接,这样的情况下,没有这块胶带可能很容易导致电路短路,危害就不用说了。而这样的错误明显是设计之初没有考虑全面,而且也仅仅将就了一下,相信之后的设计会更改。

拆解完Pally,整个硬件电路设计方案非常简单,其硬件原理框图如下图:

Pally硬件原理框图

看完拆解,相信大家对基于蓝牙4.0低功耗的寻物防丢器有了一个更深入的了解,寻物防丢器作为蓝牙4.0低功耗技术发展的一款代表性产品对于丢三落四的朋友是非常实用的,但是其缺点也很明显,如蜂鸣的音量太小,定位不够准确,防丢功能耗电、APP功能还是太少等。而且如果以这款Pally为例,做工、外观只能算作试产阶段性的产品(看过nut以及keep蓝牙防丢设备就会明白),加之不算便宜的价格(139RMB),最终只能让用户望而怯步。


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