The application of Silicon Labs’ Bluetooth Mesh
李仁庆（贝能世界有限公司，广东 广州 510665）
摘要：蓝牙Mesh规范脱胎于蓝牙低功耗（BLE）和网状协议，兼有两种协议长处，又摒弃其缺陷，是开发节点网络的挑选之一；Silicon Labs公司推出的蓝牙Mesh SDK和支撑BT5.0的EFR32BG13系列SoC，让蓝牙Mesh运用变得简略灵敏。
关键词：蓝牙；mesh；照明；拓扑
导言
物联网开展如火如荼的今日，怎样能够联接很多节点，又能够习惯不同节点的特色的问题？这不可避免地摆在了一切的业内人士面前。Zigbee规范已有老练生态链，但需求有网关，无法跟现在盛行的操作终端如手机进行直连成为了短板；在家庭、工业、商业都遍及运用的Wi-Fi因功耗大，无法习惯各种节点的特色而只能用在传输速度有要求的产品上；入门简略、本钱低的在简略的智能物联产品中运用最多，但因其规范化程度不高，无法到达各厂家的产品互联互通；近期盛行的NB-IoT产品因其广域网特色，在大规模远距离节点网络中有颇多运用，但功耗和全体本钱问题是暂时难以处理的问题。那是否就没有一种协议能够完美处理这些问题吗？
有！蓝牙技能联盟于2017年7月19日正式宣告，蓝牙（Bluetooth®）技能开端全面支撑Mesh网状网络（如图1）。蓝牙Mesh规范脱胎于蓝牙低功耗（BLE），用于树立多对多设备通讯的新网络。蓝牙Mesh规范协议具有蓝牙BLE的特色，也有多对多的网络拓扑，无需网关一起具有多种运用profile规范，操作简略，在各种操作终端中遍及装备的长处，完全契合节点网络的特色；未来运用蓝牙beacon信息推送和定位技能，能够完结无衔接推送和室内定位功用。
1 Silicon Labs公司的套件及芯片
公司供给的蓝牙Mesh规范协议现在现已推出第二版正式SDK，加入了调光、调色功用，标志着蓝牙Mesh在Lighting（照明）上的运用愈加老练；也加入了友员节点、低功耗节点，低功耗运用的完结也令蓝牙Mesh在Lighting范畴的产品化成为实践。
公 司 在 蓝 牙 M e s h 应 用 上 有、EFR32BG系列SoC和BGM系列模块，其间性价比最高的为EFR32BG13系列，并供给了相应的开发套件和例程，能大大提高蓝牙Mesh产品的开发速度。该SoC集成了蓝牙5.0 2.4 GHz RF硬件，内置PA和巴伦电路，RF外围器材只需求添加2个电感和1个电容，无需客户在射频方面投入不必要的精力。
2 在照明范畴运用蓝牙Mesh实例
无论是在工业照明、商业照明仍是在家庭照明中，实践灯的数量和开关的数量都远远超越初战演示，并且照明场景也远远杂乱过初战演示。接下来，咱们结合事例完结一个运用实例。
①依据Silicon Labs公司供给的硬件材料从头制造了契合产品尺度的PCB（印制板），因为该SoC在无线方面集成了PA（功率放大器）和巴伦电路，外围电路适当简略，根本不需求进行任何硬件调试，一次PCB制造成功率适当高。官方供给的开发套件为两个LED，本运用试验将其扩展为三个LED；官方供给的开发套件为两个按键，别离完结开关、调光和出厂复位，本运用试验将其缩减为一个按键，选用单方向循环算法完结开关、调光和出厂复位。
②在运用试验中，咱们模仿了一个需求用到50个节点的照明网络（如图2），将其分红4组，其间两组均为手动形式，为1个开关节点手动操控9个灯节点的开关和调光，这个场景是官方演示套装的加大版别，也是日常照明比较常见的场景；第3组为主动开关场景，2个开关节点按不同节拍主动操控25个灯节点开或关，模仿的是需求主动开关的场景，如路灯主动敞开和平息；最终一组为主动转发场景，由1个开关节点和2个带转发功用灯节点完结，适用于长廊操控场景。
下面将在开始实战和以上硬件基础上完结软件运用。
③在simplicity studio上树立例程SoC-Mesh Light和SoC-Mesh Switch，生成代码后能够直接进行编译，之后进行榜首处修正，本运用试验的LED和引脚进行了改动，而LED是调用了PWM进行操控，所以需求进行引脚分配和PWM装备修正，能够在其他工程中调用硬件装备器进行图形化修正，生成代码。因为本运用试验中改动不大，故直接在源码中进行修正：
// configure LED pins
GPIO_PinModeSet(BSP_
L E D 0 _ P O R T , ( 5 U ) ,
gpioModePushPull, LED_OFF_
STATE);
GPIO_PinModeSet(BSP_
L E D 0 _ P O R T , ( 6 U ) ,
gpioModePushPull, LED_OFF_
STATE);
GPIO_PinModeSet(BSP_
L E D 0 _ P O R T , ( 7 U ) ,
gpioModePushPull, LED_OFF_STATE);
// configure pushbutton PB4 as inputs, with pull-
up enabled delete PB1
GPIO_PinModeSet(BSP_BUTTON0_PORT, (4U),
gpioModeInputPull, 1);
// configure PWM
TIMER0->ROUTELOC0 = LED0_ROUTELOC |
LED1_ROUTELOC | LED2_ROUTELOC;// add CC2
TIMER0->ROUTEPEN = TIMER_ROUTEPEN_
CC0PEN | TIMER_ROUTEPEN_CC1PEN | TIMER_
ROUTEPEN_CC2PEN;
sInitCC.mode = timerCCModePWM;
TIMER_InitCC(TIMER0, 0, &sInitCC);
TIMER_InitCC(TIMER0, 1, &sInitCC);
TIMER_InitCC(TIMER0, 2, &sInitCC); // add CC2
TIMER_CompareSet(TIMER0, 0, current_level);
TIMER_CompareSet(TIMER0, 1, current_level);
TIMER_CompareSet(TIMER0, 2, current_level); //
add CH2
修正一下出厂复位的触发条件：
case gecko_evt_system_boot_id:
// check pushbutton state at startup. If PB4 is
held down then do factory reset
if (GPIO_PinInGet(BSP_BUTTON0_PORT,
BSP_BUTTON0_PIN) == 0){
temp1 = RTCC_CounterGet();
while(GPIO_PinInGet(BSP_BUTTON0_
PORT, BSP_BUTTON0_PIN) == 0){
temp2 = RTCC_CounterGet()-
temp1;
if(temp2>LONG_PRESS_TIME_
TICKS){
t e m p 1 = R T C C _
CounterGet();
LED_set_state(LED_STATE_
PROV);
temp3++;
}
if(temp3>30){
initiate_factory_reset();
break;
}
}
if(temp3<=30){
struct gecko_msg_system_get_bt_
address_rsp_t *pAddr = gecko_cmd_system_get_bt_
address();
set_device_name(&pAddr-
>address);
// Initialize Mesh stack in Node
operation mode, wait for initialized event
result = gecko_cmd_mesh_node_
init()->result;
if (result) {
sprintf(buf, “init failed
(0x%x)”, result);
}
}
}
④从头编译完后，能够烧录进榜首、二组中，按进行组网分组即可完结手动形式的场景。
⑤在手动形式基础上修正主动形式的敞开封闭，则变成主动形式的场景：
//修正按键中止处理即可
void gpioint(uint8_t pin){
if ((pin == BSP_BUTTON0_PIN)&&(enter==0)) {
if (GPIO_PinInGet(BSP_BUTTON0_PORT,
BSP_BUTTON0_PIN) == 0) {
// pressed – record RTCC timestamp
pb0_press = RTCC_CounterGet();
} else {
// released – check if it was short or long press
t_diff = RTCC_CounterGet() – pb0_press;
if (t_diff < LONG_PRESS_TIME_TICKS) {
gecko_external_signal(EXT_
SIGNAL_PB4_SHORT_PRESS);
enter=1;
} else {
gecko_external_signal(EXT_
SIGNAL_PB4_LONG_PRESS);
enter=1;
}
}
}
e l s e i f ( ( p i n = = B S P _ B U T T O N 0 _
PIN)&&(enter==2)) {
enter=0;
}
}
⑥从头编译完后，能够烧录进第三、四组中，按进行组网分组即可完结主动形式的场景。
⑦在主动形式组网时，挑选RELAY功用，则具有了转发功用，运用电池供电设备后，能够用在长廊操控场景。
⑧ 如 客 户 需 要 自 己 开 发 合 适 的 A p p ， 则simplicity studio在上下载到ADK，按运用笔记《an1140-
bluetooth-mesh-for-android-adk.pdf》完结：装置，新建工程，打开下载到的ADK包，内有jar文件（途径：C:\SiliconLabs\SimplicityStudio\v4\developer\sdks\blemesh\v1.3\app\bluetooth\android），将契合蓝牙Mesh的API接口导入，则能够进行下一步开发。
注意事项如下。
①官方供给的App为演示版别，其分组数目只分到4组，但蓝牙Mesh规范是这样描绘的：“A groupaddress is a multicast address and can represent multiple elements on one or more nodes. There are 16384 group addresses per mesh network”，是可分多达16384组的，满意任何场景运用。
②相同，device ID在蓝牙Mesh规范里是这样描绘的：“A unicast address is allocated to an element and always represents a single element of a node. There are 32767 unicast addresses per mesh network”，演示版别中只分到250个会从头开端分配。
③蓝牙Mesh规范支撑客户开发定制model，在图形化装备界面里边进行model修正和软件装备，即可完结。
如下是软件修正：
//界说IDmodel
my_model_t my_model = {
.elem_index = PRIMARY_ELEMENT,
.vendor_id = MY_VENDOR_ID,
.model_id = MY_MODEL_CLIENT_
ID,
.publish = 1,
.opcodes_len = 6,
.opcodes_data[0] = temperature_
get,
.opcodes_data[1] = temperature_
status,
.opcodes_data[2] = unit_get,
.opcodes_data[3] = unit_set,
.opcodes_data[4] = unit_set_unack,
.opcodes_data[5] = unit_status
};
3 定论蓝牙Mesh规范具有多对多的网络拓扑，能够满意节点网络里各种节点的通讯需求，无需网关，操作简略，在各种操作终端中遍及装备的长处，配搭无衔接推送和室内定位功用，合适开发节点网络。
公司推出的蓝牙Mesh SDK能够让蓝牙Mesh运用变得十分简略又灵敏，EFR32BG13系列支撑BT5.0，是Mesh Update形式的必要条件，故Labs公司的蓝牙Mesh计划是开发蓝牙Mesh产品的好挑选。
参考文献
[1]Bluetooth Mesh Mesh Profile / Specification.
[2]QSG148: Getting Started with the Silicon Labs Bluetooth ® Mesh Lighting Demonstration.
[3]an1140-bluetooth-mesh-for-android-adk.
[4]官方教程《Vendor model examples》.
[5]efr32bg13-datasheet.
[6]efr32xg13-reference-manual.
[7]Bluetooth Mesh Networking Customer Friendly, July 2017.
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第4期第72页，欢迎您写论文时引证，并注明出处
