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用于遥控玩具的蓝牙5技术

2019-06-24 Nordic Semiconductor高级研发工程师Kristoffer Rist Skøien 阅读:
用于遥控玩具的蓝牙5技术
蓝牙5的传输范围优势开创了这项通信协议用于全新领域的机遇:遥控玩具甚至无人机。

世世代代以来,无线电控制的玩具一直是孩子和成人爱好者的心头喜好。最新的蓝牙标准版本确保玩具能够跟上现代潮流的步伐。mgwednc

从玩具到业余爱好的技术

最初,第一个无线电控制(RC)玩具使用了27MHz的民用频带, 因国家而异,它分为了多个不同的频道。 在美国,这分成六个颜色编码的频道供RC玩具使用:mgwednc

  • 1: 26.995 MHz (棕色)
  • 2: 27.045 MHz (红色)
  • 3: 27.095 MHz (橙色)
  • 4: 27.145 MHz (黄色)
  • 5: 27.195 MHz (绿色)
  • 6: 27.255 MHz (蓝色)

玩具和控制器中使用了匹配的晶振器件,因此通信的频率是固定的。在早期的玩具中,这些是不可更改的。所以,如果你的邻居购买了同样的玩具,那么你可能会受到干扰和串扰。mgwednc

随着RC玩具世界向业余爱好者领域发展,引入了可互换的晶振产品来解决这个问题,这样使得多个操作员可以通过调换晶振器件在同一空间中使用相同的技术。 人们常常在控制器的顶部悬挂彩色丝带来标示其频率。大多数国家的法规限制了发射机功率,因此大多数合法设备的运作范围通常在150到200m左右!mgwednc

这是从20世纪60年代中期(当RC玩具首次出现时)直到21世纪初(企业开始开发基于2.4GHz频段的系统,例如便携式电话和Wi-Fi产品)的情形。通过跳频扩频(FHSS),多件玩具首次可以在不改变晶振,以及不必通过色带标示频率的情况下共存。mgwednc

使用2.4GHz频段的另一个优点是允许使用更大的带宽。该频段使用20MHz的频道宽度,因此可以开发出能够实时传输高清视频的系统。这类应用的明显代价是使用大量电池。因此,如果你使用无人机拍摄视频并将其发送到智能手机,可能一次充电只能使用大约20分钟时间。mgwednc

尽管解决了棘手的固定频率问题,但2.4Ghz频段也有缺点。在这个频段范围内操作的玩具更容易受到视线阻碍问题的影响。换言之,如果你将玩具操纵到树的另一侧,特别是在通信范围的末端,通信可能会突然停止。对于只会停下来不动的玩具车的来说,这并不是大问题,但这个情况也可能会导致无人机无法响应命令并继续向同一方向前进。一些无人机将自动返航,而其他无人机则尝试返回最后一个已知的无线电联络点。mgwednc

另一个问题是无法共同工作的专有系统的数量激增。所以,如果你要使用A公司的更适合车型的小型接收器,同时又想要使用B公司的处理能力更好的控制器,很可能无法如愿。mgwednc

蓝牙5的优点

先前,理论上蓝牙通信在户外空旷地方可以达到200米,不过,在实际应用是接近100米;然而,蓝牙5标准将该范围扩展到800米甚至更远。mgwednc

如果不需要额外的通信范围,蓝牙5可以利用大大增加的带宽,允许交换更多的数据,这可以用于反馈实时相机数据。mgwednc

蓝牙技术的另一个优点是可以轻易用于更多的用途,比如可以添加监测温度、湿度和风速等状况的选项,而不仅仅是发送信号指示无人机“向左”,“向右”等。mgwednc

将蓝牙技术带入玩具

标准化是将蓝牙技术带入RC玩具领域的第一个明显优势。任何使用蓝牙技术的汽车、船只或无人机,只要它们的开发符合标准,均可通过任何蓝牙智能手机或控制器进行控制。mgwednc

增加的通信范围也是很大的优势。尽管大多数业余爱好者不希望距离其玩具超过100至200米,但如果能够可靠地延长操控距离,并且不必担心失去连接,便可让玩具汽车拥有更长和更有趣的赛道。mgwednc

蓝牙技术还可以使得车辆更轻易地向用户实时提供宝贵的有关状况的反馈信息。例如,牵引力和发动机速度,可以警告控制器出现不利情况,及时采取纠正措施。此外,无人机的环境监测功能可以实现更安全和更可预测的飞行。mgwednc

最后,蓝牙技术为无人机带来了碰撞检测和回避的可能性。使用蓝牙5的增强广播功能,无人机可以像蓝牙信标一样广播其位置。该地区的其他无人机可以获取该信息并避免任何碰撞。mgwednc

市场上有一些使用低功耗蓝牙技术的玩具,最著名的是Sphero系列智能手机控制的球形玩具。目前使用蓝牙5的玩具似乎很少,但随着制造商意识到长距离蓝牙连接功能可以为其产品带来的灵活性,这种状况肯定会在未来几个月内发生变化。mgwednc

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