藍(lán)牙聯(lián)系人跟蹤已成為管理COVID-19大流行的一項重要技術(shù)。使用藍(lán)牙手環(huán)執(zhí)行此任務(wù)比使用智能手機(jī)更可取，因為它們具有隱私優(yōu)勢。

本系列的上一篇文章介紹了用于接觸追蹤藍(lán)牙手鏈的系統(tǒng)設(shè)計注意事項；在這里，我們將介紹所需的硬件和軟件構(gòu)建塊。

一個簡單的手鐲硬件設(shè)計包括一個藍(lán)牙片上系統(tǒng)（SoC），一個天線和一個紐扣電池。SoC是手鐲的核心，??負(fù)責(zé)對收集的數(shù)據(jù)執(zhí)行必要的計算，并操作藍(lán)牙無線電以與網(wǎng)關(guān)或智能手機(jī)進(jìn)行通信以連接到服務(wù)器。它的至關(guān)重要的作用使SoC的選擇對于其余設(shè)計至關(guān)重要。

在確定選擇哪個SoC時，所使用的鄰近技術(shù)是必不可少的。接收信號強(qiáng)度指示器（RSSI）技術(shù)提供了一種簡單的接近度檢測解決方案，而實時定位系統(tǒng)（RTLS）技術(shù)則提供了更準(zhǔn)確的接近度數(shù)據(jù)，并且增加了網(wǎng)關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的成本。半導(dǎo)體公司提供豐富的藍(lán)牙SoC解決方案。

天線還需要仔細(xì)設(shè)計，因為效率低下的天線會嚴(yán)重降低系統(tǒng)性能。RSSI技術(shù)使用信號強(qiáng)度來確定接近度，這意味著還應(yīng)該仔細(xì)分析天線，并在路徑損耗方程中考慮天線以確定信號強(qiáng)度。天線類型很多，盡管在可穿戴解決方案（如手鐲）中可能需要使用柔性材料天線。柔性天線材料可以使手鐲變大并圍繞手腕折疊。

要考慮的另一個概念是天線分集：同一SoC使用多個天線。借助RF開關(guān)，SoC可以從多個天線收集測量值，并對測量值求平均，以構(gòu)建信號矢量，或者將任何數(shù)學(xué)算法應(yīng)用于RSSI接近度檢測。

紐扣電池為SoC和手鐲內(nèi)的任何其他電子零件供電。有不同類型的電池技術(shù)，選擇取決于手鐲是否設(shè)計為一次性，可回收或可充電。例如，不能放置鋰離子電池，而堿性電池則非常適合此目的。如果目標(biāo)手鐲是可充電的，則必須添加電源管理芯片。在此要做出的另一個決定是電池是否可更換。手鐲會被密封嗎？

盡管這些是簡單易懂的組件，但是您在初始設(shè)計中所做的選擇可能會對上市時間和成本產(chǎn)生重大影響。半導(dǎo)體解決方案提供商通常為產(chǎn)品設(shè)計師提供設(shè)計參考。利用設(shè)計參考可以加快設(shè)計過程并實現(xiàn)SoC的最佳性能。另外，半導(dǎo)體公司還提供系統(tǒng)級封裝（SiP）模塊，這些模塊將所有需要的組件集成到封裝內(nèi)。

下表顯示了硬件組件如何影響RF性能。資料來源：Silicon Labs

軟件和云連接

意識是使人體印象深刻的原因。同樣，手鐲的硬件需要一個軟件來執(zhí)行其奇跡。一些半導(dǎo)體公司向其藍(lán)牙軟件堆棧提供其芯片，從而加快了設(shè)計過程。除了藍(lán)牙軟件外，SoC還需要運行目標(biāo)接近算法。

該軟件并不止于此。有服務(wù)器端以及云集成。部署正確的安全技術(shù)以保護(hù)用戶數(shù)據(jù)免受惡意攻擊者非常重要。構(gòu)建正確的藍(lán)牙到云軟件對于保護(hù)用戶數(shù)據(jù)的隱私和安全至關(guān)重要。

云連接可能具有挑戰(zhàn)性，容易出現(xiàn)錯誤和潛在的啟動延遲，從而影響物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的成功。獲取和維護(hù)可靠的云連接并正確收集數(shù)據(jù)需要有效而安全地完成。開發(fā)人員面臨的另一個挑戰(zhàn)可能是不可靠的鏈接和連接性。

固件更新是產(chǎn)品維護(hù)的另一個重要部分，可以外包，或者開發(fā)人員可以使用已經(jīng)具有用于添加云連接性的基礎(chǔ)架構(gòu)的集成解決方案。后者可以為開發(fā)人員節(jié)省幾個月的框架開發(fā)時間。

RTLS：RSSI的替代方法

在構(gòu)建用于接近度檢測的軟件時，RSSI的主要替代方案是RTLS，它與RSSI的不同之處在于其到達(dá)角（AoA）和離開角（AoD）解決方案?？梢砸怨?jié)省時間的方式來設(shè)置RTLS軟件解決方案，該解決方案可提供亞表位置的準(zhǔn)確性并具有高度的可移植性。RTLS位置測量使用雷達(dá)和相控陣技術(shù)的原理，如下圖所示。

RLTS技術(shù)可使位置檢測精度達(dá)到亞米級的水平。

從遠(yuǎn)處接收同一波的天線陣列會產(chǎn)生多個波形，這些波形的不同路徑之間會根據(jù)接收波的方向發(fā)生相位變化。通過在設(shè)施中的已知位置使用兩個天線陣列或信標(biāo)，可以在亞米精度內(nèi)檢測設(shè)施中每個低功耗藍(lán)牙（BLE）標(biāo)簽的位置。

關(guān)鍵是使用一些幾何技巧來估計來自兩個定位器的每個標(biāo)簽的距離和角度。但是，由于多徑，極化和抖動變化，每個位置讀數(shù)都相當(dāng)復(fù)雜。在這里，復(fù)雜的算法會介入以糾正錯誤，并將位置測量的精度提高到小于一米。

可靠性至關(guān)重要

藍(lán)牙手鐲已在多個國家/地區(qū)用于COVID-19公共衛(wèi)生緊急情況，許多組織也正在考慮使用它們。在這種對時間敏感的危機(jī)中，必須非常緊急地評估這項技術(shù)的可靠性。需要評估接近檢測的可信度，并與解決方案一起披露。錯誤的否定會威脅到人類的生命，而錯誤的肯定會觸發(fā)不良的連鎖反應(yīng)。

為了使人們安全地依賴此技術(shù)，他們需要意識到它的局限性。例如，已知RSSI可以檢測到幾厘米內(nèi)的接近度。在實驗室環(huán)境中進(jìn)行評估以及在不同環(huán)境下進(jìn)行的現(xiàn)場實驗和比較分析都是全面分析系統(tǒng)可靠性的必要條件。從中立的角度評估系統(tǒng)的性能是其影響的基礎(chǔ)，尤其是由于缺少管理機(jī)構(gòu)或標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。

編者注：本文僅作一般參考之用，并概述了不斷發(fā)展的特定發(fā)展?fàn)顩r。它不旨在也不應(yīng)被解釋為公共衛(wèi)生指南?！敿隆ぐ~德（Majeed Ahmad）

Asem Elshimi是Silicon Labs的IoT無線解決方案的RFIC設(shè)計工程師。

編輯：hfy