Kaikki eivät ole vielä kuulleetkaan Bluetooth-majakoista, mutta se muuttuu varsin pian. Sovelluskanta on jo laaja ja kattaa vähittäiskaupan, logistiikan, navigoinnin, autotekniikan ja kulutustekniikan sovellukset, ja lisää kehitetään kovaa vauhtia.

Hyödyntämällä BLE-tekniikan (Bluetooth Low Energy) alhaista virrankulutusta ja tekniikan laajaa levinneisyyttä majakoilla on kyky lähettää lyhyitä viestejä paikallisverkossa, jonka avulla vastaanottajat saavat informaatiota ja jonka avulla he pääsevät käsiksi lisäarvoa tuottaviin palveluihin.

Tekniikalla on mahdollisuus käynnistää uusia liiketoimintoja luomalla uusia palvelumalleja, jotka tuovat uusia tulovirtoja. Jotta tekniikan potentiaali kävisi toteen, suunnittelijoiden täytyy tuottaa kompakteja, edullisia ratkaisuja, joiden toiminta-aika akkuvirralla on kuukausia tai jopa vuosia.

Tässä artikkelissa katsomme majakoiden sovelluksia sekä joitakin uusimpia tekniikoita ja tukityökaluja, joilla suunnittelijat voivat vastata tämän haastavan markkinan tarpeisiin.

Sovellukset ajavat uusia liiketoimintamalleja

Yksinkertaisimmin ilmaistuna Bluetooth-majakka on erillinen lähetin, joka voidaan sijoittaa oikeastaan minne tahansa, joko kiinteästi tai johonkin liikkuvaan kohteeseen kuten vaikkapa pakettiin. Hyödyllistä informaatiota kuten URL-osoite tai paikkasidonnaista tietoa voidaan sisällyttää majakan toistuvaan lähetykseen, joka voidaan vastaanottaa Bluetoothia tukevalla mobiililaitteella informaation sieppaamiseksi ja käyttäjän informoimiseksi.

Markkinaennusteet ovat valtavia. ABI Researchin mukaan markkina kasvaa vuonna 2015 toimitetusta 4 miljoonasta majakasta yli 565 miljoonaan vuonna 2021. Yksi tämän ratkaisun todellisia etuja on se, että jokainen älypuhelimen tai tabletin omistava käyttäjä kantaa jo mukanaan majakkayhteensopivaa vastaanotinta.

Datan toimittamisen näkökulmasta potentiaalisiin majakan käyttäjiin kuuluvat kaupalliset ja vähittäismyyntiyritykset, valmistavat yritykset sekä organisaatiot, jotka jakavat informaatiota vierailijoille. Tällaisia ovat esimerkiksi turistitoimistot, messujärjestäjät, tai kulttuurilaitokset kuten museot ja taidegalleriat.

Kuva 1. Bluetooth-majakoita voidaan käyttää hyvin monissa sovelluksissa.

Vaikka markkina on edelleen alkuvaiheissaan, ja monia uusia sovelluksia nousee tekniikan kehittyessä, tämänhetkisiin majakkasovelluksiin kuuluvat:

- Mainonta: Mainostajat voivat viestiä URL-osoitteita ja muuta informaatiota mahdollisille asiakkaille, jotka ovat fyysisesti lähellä kauppaa.
- Vähittäiskauppa: Liikkeet voivat viestiä sisällä olevien asiakkaiden kanssa ja analysoida tuotteiden sijoittelua ja tehdä myyntipäätemainontaa.
- Navigointi: Majakoita voidaan sijoitella eri puolille sairaalaa, kauppakeskusta, näyttelytilaa tai taidegalleriaa. Käyttäjien laitteissa oleva mobiilisovellus auttaa navigoimaan rakennuksen sisällä.
- Tavaroiden seuranta: Mihin tahansa fyysiseen esineeseen kiinnitetty majakka voidaan paikantaa nopeasti. Turvallisuutta voidaan parantaa hälytyksellä, mikäli tavara siirtyy määritellyn alueen ulkopuolelle.
- Valvonta: Majakoita kantavia lapsia, potilaita tai vanhuksia voidaan monitoroida kotona tai ennalta määritellyn majakkaverkon sisällä.
- Logistiikka: Majakoita voidaan kiinnittää arvokkaaseen inventaarioon varastossa, tai pakkauksiin ajoneuvossa, minkä ansiosta yksittäisiä tavaroita/esineitä voidaan tunnistaa ja paikantaa.
- Kaupunkiympäristö: Älykkäissä kaupungeissa majakoita voidaan käyttää ohjaamaan käyttäjät tiettyihin pisteisiin tai tuottamaan turisteille mielenkiintoista tietoa sekä sisätiloissa että ulkona.

Piirisarjojen valinta majakkasuunnitteluihin

BLE:n kehittäminen (standardin Bluetoothin jälkeen) oli avaintekijä majakkavallankumoukselle. Ensinnäkin se löytyy jokaisesta vuoden 2012 jälkeen myydystä älypuhelimesta, mikä tuo valtavan vastaanottimien armeijan. Lisäksi se keskittyminen matalan tehonkulutuksen lähetykseen pidentää akun toiminta-aikaa, joka osaltaan vie majakkoja menestykseen.

Vaikka majakoiden toteuttamiseen on jo useita järjestelmäpiirejä, kaikki ratkaisut eivät tarjoa samoja ominaisuuksia, kun majakkasovellukselle valitaan alustaa.

Järjestelmäsuunnittelijoiden vaatimuslistan kärjessä on yhteensopivuus Bluetooth-standardin kanssa. Se on keskeistä, jotta majakka voi toimia yhteen muiden laitteiden kanssa. Lisäksi integroitu SoC-piiri säästää piirikorttialaa ja vähentää materiaalikustannuksia, millä vastataan suunnittelun koko- ja kustannusvaatimuksiin. Lopulta mahdollisimman energiatehokas ratkaisu maksimoi toiminta-ajan akulla, mikä mahdollistaa majakan kuukausien tai jopa vuosien toiminnan ilman huoltoa.

Yleisesti tehonkulutus riippuu kahdesta keskeisestä tekijästä: valitusta integroidusta piiristä ja sovelluksesta. Kun majakka ei lähetä dataa, lepovirran pitää olla niin lähellä nollaa kuin mahdollista, ja lähetyksessä tarvitaan muutaman milliampeerin huippuvirtaa. Akun toiminta-aikaa määrittelee keskimääräinen virrankulutus, joka riippuu sekä lepo- että lähetysvirrasta, ja lähetysnopeudesta, minkä sovellus määrittelee.

Kuva 2. Majakat vetävät vain lyhytaikaisia huippuvirtoja akusta.

Toshiba keskittyi minimoimaan huippuvirran tarpeen TC3567x-sarjan BLE-piireissään, jotka on tarkoitettu majakoihin ja muihin pieniin Bluetooth-laitteisiin. Kun käytetään edistynyttä 65 nanometrin RFCMOS-prosessia ja alhaisen tehonkulutuksen piirisuunnittelua päästään uusimmissa TC35678-piireissä jopa 3,3, milliampeerin huippuvirtaan, mikä on johtavia lukemia tällä alueella. Tyypillisessä käytännön esimerkiksi keskimääräinen virrantarve olisi noin 5,5 mikroampeeria, mikä tarkoittaa että 230 milliampeeritunnin CR2023-nappiparistolla paristonvaihto pitäisi tehdä 41818 tunnin eli noin 4,77 vuoden välein.

TC35678-piirille on integroitu sertifioitu Toshiban Bluetooth-protokolla, joka on vakaa alusta suunnitteluille. Tämä helpottaa suunnittelua, mutta tarkoittaa myös sitä, ettei suunnittelijalla tarvitse olla mittavaa Bluetooth-osaamista saadakseen toteutetuksi markkinoille valmiin ratkaisun.

Uusin Bluetooth-majakkatekniikka

Toshiban TC3567x-järjestelmäpiireissä yhdistyvät Bluetooth-kantataajuus- ja RF-lohkot, ja ARM-prosessoriydin sekä tallennustila koodille ja datalle. Piirillä on myös DC/DC-muunnin tai LDO-regulaattori, yleiskäyttöinen AD-muunnin ja yleiskäyttöisiä I/O-liitäntöjä. Tämä virtaviivaistaa järjestelmän suunnittelua ja auttaa vähentämään ulkoisten komponenttien määrää samalla, kun yksinkertaistaa komponenttien sijoittelua piirikortilla.

Kun Bluetooth-standardi on kehittynyt, on myös Bluetooth-järjestelmäpiirien integrointiaste kasvanut. Uusin BLE 4.2 -yhteensopiva TC35678-piiri tarjoaa 3,3 milliampeerin huippuvirran 50 nanoampeerin lepovirralla. Piirille on integroitu myös kaikki RF-osat, joten kokonaisen suunnittelun toteuttaminen vaatii vain seitsemän ulkoista komponenttia. TC35678FSG-pohjainen suunnittelu vaatii 70 prosenttia vähemmän komponentteja kuin kilpailevat ratkaisut ja vie piirikortilla noin 20 prosenttia vähemmän tilaa. Koko ratkaisu voidaan toteuttaa vain 20 x 10 millin kokoisella alalla.

Kuva 3. TC35678 mahdollistaa majakan toteuttamisen mahdollisimman harvoilla ulkoisilla komponenteilla.

Toshiban TC35768-pohjainen referenssisuunnittelu on kokonainen CR2032-napista virtansa saava ratkaisu, joka mahdollistaa nopean laitetoteutuksen järjestelmän arviointiin ja kehitykseen.

Kuva 4. Toshiban majakka-referenssisuunnittelu on käyttövalmis.

Toshiban etuihin kuuluvat myös harvempien ulkoisten komponenttien tarve ja pienempi piirikorttiala erilaisilla ROM- ja RAM-vaihtoehdoilla sovellusten kustannusten pienentämiseksi.

Yhteenveto

Kuluttajat eivät vielä tunne Bluetooth-majakoita laajasti, mutta ne ovat huikea mahdollisuus sekä järjestelmien kehittäjille että kaupallisille organisaatioille, jotka voivat käyttää majakoita mainostamiseen ja uusien liiketoimintamallien ja tulovirtojen luomiseen.

Vaikka mahdollisuudet ovat jo nyt mittavat, ne vain lisääntyvät Bluetooth 5.0:n yleistymisen myötä, joka mahdollistaa pidemmät viestit, nopeamman datanlähetyksen ja pidemmät kantamat, joiden avulla käyttäjät voivat kehittää entistä edistyneempiä majakkatoimintoja, jotka parantavat kaupallisia mahdollisuuksia.

Tuottaakseen menestyvän majakan suunnittelijoiden pitää valita sopiva SoC-alusta, joka operoi äärimmäisen pienellä tehonkulutuksella ja tarjoaa suuren tason integraation, jolla voidaan minimoida suunnittelun koko ja monimutkaisuus.

Toshiba on luvannut esitellä ensimmäiset täysin Bluetooth 5 -yhteensopivat piirinsä tämän vuoden ensimmäisen neljänneksen aikana.