簡(jiǎn)述Nextent標(biāo)簽或Bluetooth LE如何抗擊疫情

意法半導(dǎo)體之前發(fā)布了一款新的SDK，它可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)藍(lán)牙低功耗模塊之間的物理距離，我們現(xiàn)在來(lái)介紹一下它在抗擊疫情中的首次應(yīng)用。事實(shí)上，這款新推出的產(chǎn)品是合作伙伴Inocess開(kāi)發(fā)的Nextent標(biāo)簽，這是一種可穿戴器件，如果檢測(cè)到另一個(gè)標(biāo)簽與自己僅有兩米或更短的距離，它就會(huì)震動(dòng)，這說(shuō)明與預(yù)防病毒傳播而制定的準(zhǔn)則中規(guī)定的距離相比，兩個(gè)人之間的距離更近。

法國(guó)公司Inocess是意法半導(dǎo)體合作伙伴計(jì)劃成員，它的目標(biāo)客戶是那些希望創(chuàng)建智能徽章的公司，或希望跟蹤參與者的現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)組織者。它不是追蹤私人活動(dòng)的消費(fèi)產(chǎn)品。例如，公司或機(jī)構(gòu)可以定制這些標(biāo)簽，以便在工作場(chǎng)所或公共區(qū)域使用。

隨著各國(guó)開(kāi)始放松限制，很明顯，保持安全距離起到了作用。彼此保持六英尺（或兩米）的社交距離（再加上正確的手部衛(wèi)生、居家不出法令和咳嗽禮儀）有助于“使曲線趨平”，也就是說(shuō)它降低了感染率。

兩項(xiàng)研究（一項(xiàng)由明尼阿波利斯的明尼蘇達(dá)大學(xué)負(fù)責(zé)，另一項(xiàng)由多倫多大學(xué)負(fù)責(zé)）的結(jié)果均表明，感染和死亡人數(shù)的大幅減少在很大程度上歸功于保持安全距離。因此，流行病學(xué)專家已經(jīng)在談?wù)搫?dòng)態(tài)安全距離。

這意味著政府可能會(huì)定期采取安全距離保持措施，以防止衛(wèi)生保健機(jī)構(gòu)因患者蜂擁而至而停擺，而且這種做法可能在未來(lái)幾年成為我們新常態(tài)的一部分。因此，Nextent標(biāo)簽這樣的產(chǎn)品可能是無(wú)價(jià)的。

意法半導(dǎo)體的物理距離SDK背后的公式

我們?cè)谟《戎Z伊達(dá)的團(tuán)隊(duì)試圖找到一種方法來(lái)確定兩個(gè)藍(lán)牙模塊之間的物理距離，最后決定依靠藍(lán)牙低功耗模塊的發(fā)射功率和接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）之間的有趣關(guān)系。由于器件發(fā)送一個(gè)信標(biāo)通知其發(fā)射功率（Tx），接收組件可以使用與其RSSI相關(guān)的數(shù)據(jù)確定兩者之間的距離，如：

在上面的公式中，N為常數(shù)，表示可能影響信號(hào)的環(huán)境要素。它的取值范圍通常在2到4之間，代表完美環(huán)境的

雖然這個(gè)公式是常識(shí)，我們?cè)谥Z伊達(dá)的團(tuán)隊(duì)仍將這種創(chuàng)新用于其算法，從而確保更高的準(zhǔn)確性和效率。實(shí)際上，由于發(fā)射功率在不同的測(cè)量中會(huì)有很大變化，SDK在RAM中存儲(chǔ)20到100個(gè)樣本，并在使用互補(bǔ)RSSI濾波器的同時(shí)求其平均值，以提高精度。此外，SDK還可以使用加速計(jì)來(lái)喚醒處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或已休眠較長(zhǎng)時(shí)間的系統(tǒng)，從而通過(guò)延長(zhǎng)休眠時(shí)間的方式節(jié)約更多的電池續(xù)航時(shí)間。

根據(jù)我們的計(jì)算，在持續(xù)活躍階段和最佳條件下，使用250 mAh電池的器件的最長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間為6天。然而，由于我們的估計(jì)是純理論性的，因此當(dāng)看到Inocess在其N(xiāo)extent標(biāo)簽中使用我們的物理距離SDK時(shí)，實(shí)在令人興奮。

Nextent標(biāo)簽：意法半導(dǎo)體的物理距離SDK的首次實(shí)現(xiàn)一開(kāi)始，這家法國(guó)公司致力于研究自己的物理距離測(cè)量算法。然而，正如Inocess聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Sebastien Icart和首席技術(shù)官Robin Bonamy所解釋的那樣：

“收到意法半導(dǎo)體的物理距離SDK就像呼吸了一股新鮮空氣。從頭開(kāi)始開(kāi)發(fā)這樣的產(chǎn)品是非常耗時(shí)的。因此，擁有這樣的解決方案使我們節(jié)省了時(shí)間并集中精力關(guān)注如何實(shí)現(xiàn)，而不是進(jìn)行純理論考慮?！?/p>

因此，Inocess采用了我們的新SDK并對(duì)其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化，以適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用。例如，算法必須提供精確的結(jié)果，而不管天線的位置或典型的環(huán)境因素，比如Nextent標(biāo)簽是放在口袋還是錢(qián)包內(nèi)。此外，Sebastien和Robin的團(tuán)隊(duì)必須創(chuàng)建一個(gè)高效的應(yīng)用，以便在比我們的測(cè)試裝置小得多的電池供電下使用足夠長(zhǎng)的時(shí)間，這意味著需要調(diào)整內(nèi)存中的樣本數(shù)量。

Inocess解釋說(shuō)，由于電池續(xù)航時(shí)間在不同的使用情況下會(huì)有很大差異，不可能獲得確切的電池續(xù)航時(shí)間數(shù)字，因此，這家法國(guó)公司仍預(yù)計(jì)一天的平均使用時(shí)間大約是10小時(shí)。因此，Inocess的獨(dú)到之處在于采用我們的實(shí)驗(yàn)室成果，并將其集成到一個(gè)設(shè)計(jì)中，使公司只需進(jìn)行最小的改變就能投入實(shí)際應(yīng)用。

Nextent標(biāo)簽：天線位置是眾多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一

Nextent標(biāo)簽背后的創(chuàng)新遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出SDK實(shí)現(xiàn)范圍，涉及到了硬件本身。例如，Sebastien和Robin的團(tuán)隊(duì)必須以能夠優(yōu)化其性能的方式確定天線位置，特別是因?yàn)槲锢砭嚯xSDK主要取決于精確讀取信號(hào)強(qiáng)度。

因此，他們必須構(gòu)思出一種設(shè)計(jì)，將天線置于PCB和接地層之間，并確保外殼的金屬部分不會(huì)干擾信號(hào)，同時(shí)保證無(wú)論產(chǎn)品的方向如何，測(cè)量結(jié)果都是精確的。許多人可能不太重視對(duì)這種實(shí)現(xiàn)進(jìn)行微調(diào)和優(yōu)化，特別是在藍(lán)牙無(wú)處不在的情況下。

然而，這并不是典型的智能手機(jī)無(wú)線模塊，因?yàn)槠湮⑿〉耐庑魏碗姵胤矫娴拇罅肯拗埔馕吨朔?fù)雜的挑戰(zhàn)。

研發(fā)過(guò)程：從SensorTile到Nextent標(biāo)簽

【腕帶上的Nextent標(biāo)簽】 嵌入式系統(tǒng)需要的開(kāi)發(fā)時(shí)間通常要長(zhǎng)得多，但在當(dāng)前疫情肆虐的情況下，Inocess想要立即開(kāi)始發(fā)送樣品。因此，他們開(kāi)始從SensorTile著手，這是我們面向?qū)W習(xí)嵌入式系統(tǒng)的用戶強(qiáng)烈推薦的一款開(kāi)發(fā)套件。Sebastien和Robin解釋說(shuō)，SensorTile套件甚至能夠使他們?cè)谑盏降谝粔K定制的PCB之前就開(kāi)始開(kāi)發(fā)自己的固件。

一旦進(jìn)行了概念驗(yàn)證，他們便轉(zhuǎn)向BlueNRG-Tile （STEVAL-BCN002V1B），其所用的BlueNRG-2SoC使藍(lán)牙5更高效，還在一個(gè)直徑只有2.5厘米的硬幣樣PCB上安裝了大量傳感器。由于無(wú)線設(shè)備使用的是Cortex-M0而不是STM32，Inocess必須放棄其在研究SensorTile時(shí)曾經(jīng)使用的STM32CubeMX。

于是，他們使用我們的BlueNRGSDK（STSW-BLUETILE-DK）來(lái)設(shè)置藍(lán)牙無(wú)線電和傳感器外設(shè)。然而，正如Sebastien和Robin告訴我們的，由于意法半導(dǎo)體的軟件附帶許多應(yīng)用示例，他們能夠非常迅速地向前推進(jìn)。此外，Inocess的應(yīng)用能夠適應(yīng)BlueNRG-2SoC，這意味著它們不需要外部MCU，從而大大提高了整體效率。

因?yàn)镮nocess即將運(yùn)送樣品，他們正轉(zhuǎn)向完全定制的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)將使用意法半導(dǎo)體的燃油表和電池管理系統(tǒng)、一個(gè)BlueNRG-M2SA無(wú)線處理器認(rèn)證模塊、作為加速度計(jì)的LSM6DSO、以及其他意法半導(dǎo)體器件。正如CEO和CTO所述，他們計(jì)劃在后續(xù)的固件版本中使用MEMS的有限狀態(tài)機(jī)對(duì)功耗進(jìn)行最佳優(yōu)化，同時(shí)通過(guò)提供雙擊識(shí)別對(duì)功能進(jìn)行改進(jìn)。

下一步

Inocess已經(jīng)做好了定制和大規(guī)模生產(chǎn)的準(zhǔn)備。事實(shí)上，盡管其他公司可能采用Nextent標(biāo)簽設(shè)計(jì)并根據(jù)自己的需要進(jìn)行改良，法國(guó)團(tuán)隊(duì)也會(huì)提供硬件和軟件服務(wù)。他們甚至還提供一個(gè)安全的可定制儀表盤(pán)，使客戶能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行可視化和管理；而Nextent標(biāo)簽源自NextentTech這個(gè)更大的平臺(tái)，它擁有距離檢測(cè)之外的其他應(yīng)用。

編輯：jq