Was ist Bluetooth?

Bluetooth (BT) ist eine weit verbreitete Technologie für drahtlose Kommunikation, die es Geräten ermöglicht, sich über kurze Entfernungen miteinander zu verbinden. Sie wird häufig in Embedded Systems eingesetzt, um eine kostengünstige und zuverlässige Möglichkeit der Kommunikation zu bieten.

Definition und Funktionsweise

BT ist ein industrieller Standard für die drahtlose Kommunikation zwischen Geräten. Es nutzt Funkwellen im ISM-Band (Industrial, Scientific, and Medical) bei 2,4 GHz und ermöglicht es Geräten, Daten ohne physische Verbindungen auszutauschen.

Wie funktioniert Bluetooth?

BT funktioniert durch die Bildung eines „Piconets“ – eines Netzwerks, das aus einem Master- und mehreren Slave-Geräten besteht. Diese Geräte können Daten über eine sichere, verschlüsselte Verbindung übertragen, wobei die Reichweite in der Regel 10 bis 100 Meter beträgt, abhängig vom Bluetooth-Typ.

Bluetooth in Embedded Systems

In Embedded Systems ist BT eine der bevorzugten Technologien zur Kommunikation zwischen Geräten. Besonders in Bereichen wie IoT (Internet of Things), Smart Home, Automobiltechnik und Medizintechnik wird BT häufig eingesetzt, um drahtlose Verbindungen zwischen Mikrocontrollern, Sensoren und anderen Geräten zu ermöglichen.

Anwendungsbereiche in Embedded Systems

Smart Home Geräte

BT wird häufig in Geräten wie Smart-Thermostaten, Sicherheitssystemen und Haushaltsgeräten verwendet.

Gesundheitstechnik

In medizinischen Geräten wie Fitness-Trackern und tragbaren Gesundheitsmonitoren wird diese Kommunikationstechnologie eingesetzt, um Daten zu sammeln und an Smartphones oder Computer zu übertragen.

Automobiltechnik

Bluetooth ermöglicht die Kommunikation zwischen Fahrzeugen und mobilen Geräten für Funktionen wie Freisprecheinrichtungen und Fahrzeugdiagnose.

Vorteile von Bluetooth in Embedded Systems

Energieeffizienz: Bluetooth Low Energy (BLE) ist besonders stromsparend und ideal für batteriebetriebene Embedded Devices.
Kostengünstig: Die Implementierung von Bluetooth in Embedded Systems ist vergleichsweise preiswert, was es zu einer bevorzugten Wahl für viele Anwendungen macht.
Einfache Integration: Bluetooth-Module und -Chips sind leicht in Embedded Systems zu integrieren und erfordern nur eine geringe Software- und Hardwareanpassung.

Technische Details

Bluetooth unterstützt verschiedene Versionen und Protokolle – Was letztlich zu deinem System passt, variiert stark nach Anwendung und Anforderungen deines Produktes. Einige der gängigsten Versionen sind:

Bluetooth Low Energy (BLE)

BLE ist optimiert für einen geringen Energieverbrauch und kurze Übertragungszeiten, weshalb es sich häufig ideal für IoT-Anwendungen eignet.

Bluetooth Mesh

Bluetooth Mesh ermöglicht eine erweiterte Netzwerkkonnektivität für größere Anwendungen, z.B. in Smart Cities oder Gebäudeverwaltung.

Bluetooth Low Energy Coded PHY

Die physikalische Schicht (PHY) von BLE ist ein zentraler Bestandteil der Funkübertragung und definiert, wie die Daten auf der untersten Ebene übertragen werden. Mit der Einführung von Bluetooth 5.0 wurden neue PHY-Optionen eingeführt, um Reichweite, Datenrate und Energieverbrauch flexibel zu gestalten:

LE 1M PHY: Standard-Übertragungsmodus mit 1 Mbit/s – eine ausgewogene Wahl für die meisten Anwendungen.
LE 2M PHY: Verdoppelt die Datenrate auf 2 Mbit/s – ideal für Anwendungen mit höherem Datendurchsatz, bei kürzerer Reichweite.
LE Coded PHY: Optimiert für größere Reichweiten bei geringerer Datenrate (500 kbit/s oder 125 kbit/s), dank Fehlerkorrekturmechanismen (FEC). Besonders nützlich für IoT-Anwendungen in Gebäuden oder im Freien.

Detaillierte Informationen über die verschiedenen Versionen und Protokolle findest Du direkt unter hier.

Anbieter von BLE-Chips für Embedded Systems

Für dein Produkt bzw. System ist die Wahl des passenden BLE-Chips entscheidend für Performance, Energieverbrauch und Integrationsaufwand. Der Markt bietet eine Vielzahl von Herstellern, die sich auf Bluetooth-Lösungen spezialisiert haben.

Nordic Semiconductor

Bekannt für: Hohe Energieeffizienz, gute Dokumentation und Community-Support.
Beliebte Chips: nRF52-Serie, nRF53-Serie.
Besonders geeignet für: IoT-Geräte, Wearables, drahtlose Sensoren.
Vorteil: Umfangreicher SDK (nRF Connect SDK), viele Beispiele und Unterstützung für Zephyr RTOS.

Texas Instruments (TI)

Bekannt für: Industrietaugliche Lösungen und hohe Integration.
Beliebte Chips: CC2640R2F, CC2652R.
Besonders geeignet für: Industrieanwendungen, Smart Home, Automotive.
Vorteil: UTI bietet umfassende Toolchains wie das SimpleLink SDK.

STMicroelectronics

Bekannt für: Integration mit STM32-Mikrocontrollerplattformen.
Beliebte Chips: BlueNRG-2, STM32WB-Serie.
Besonders geeignet für: Entwickler, die bereits mit STM32 arbeiten.
Vorteil: Bluetooth-Stack ist vollständig integriert, gemeinsame Toolchain mit STM32Cube.

Worauf sollte man bei der Wahl eines BLE-Chips achten?

Bei der Auswahl eines BLE-Chips für Embedded-Projekte sollten folgende Faktoren berücksichtigt werden:

Energieverbrauch (Stromaufnahme im Sleep/Active-Modus)
Reichweite und unterstützte BLE PHYs (z. B. LE Coded)
Stack-Unterstützung und Firmware-Entwicklung (RTOS, Zephyr, FreeRTOS)
Sicherheitsfeatures (z. B. Secure Boot, Hardware-Verschlüsselung)
Formfaktor und verfügbare Peripherie (GPIOs, ADCs, UART etc.)

Die Wahl des passenden BLE-Chips beeinflusst nicht nur die technische Umsetzung, sondern auch die Langlebigkeit, Skalierbarkeit und Kostenstruktur eines Embedded-Projekts. Abhängig vom Einsatzgebiet – ob Industrie, Consumer Electronics oder Medizintechnik – bieten verschiedene Anbieter spezialisierte Lösungen mit unterschiedlichen Schwerpunkten.