精確且安全的距離測量對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 環(huán)境至關(guān)重要。其應(yīng)用范圍涵蓋安全資產(chǎn)追蹤、自動化倉儲系統(tǒng)、樓宇自動化及門禁控制系統(tǒng)等。然而，普通的測距方法難以滿足現(xiàn)代工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對精度和安全性的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

恩智浦MCX W72無線微控制器單元 (MCU) 集成了藍(lán)牙信道探測技術(shù)，并通過FRDM-MCXW72和MCXW72-LOC開發(fā)板提供硬件支持，能夠從容應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，助力快速原型設(shè)計(jì)和部署。

藍(lán)牙信道探測技術(shù)的優(yōu)勢

多年來，藍(lán)牙測距主要依賴接收信號強(qiáng)度指示 (RSSI) 和到達(dá)角/離開角 (AoA/AoD) 技術(shù)。這些方法雖然易于實(shí)現(xiàn)，但存在精度有限和安全漏洞等問題。例如，RSSI測量極易受環(huán)境因素和多徑干擾影響，且兩種方法都容易受到中間人 (MITM) 攻擊，攻擊者可通過操控信號強(qiáng)度來偽造距離測量結(jié)果。

藍(lán)牙信道探測技術(shù)將往返時(shí)間與基于相位的測距方法相結(jié)合。

藍(lán)牙信道探測技術(shù)是Bluetooth 6.0標(biāo)準(zhǔn)的一部分，它采用了一種截然不同的測距方式，結(jié)合了往返時(shí)間 (RTT) 和基于相位的測距 (PBR) 這兩種互補(bǔ)的技術(shù)。RTT通過加密、帶時(shí)間戳的數(shù)據(jù)包提供安全、粗略的距離估計(jì)，這些數(shù)據(jù)包無法被攻擊者復(fù)制。隨后，PBR通過測量交換音調(diào)中的相移，實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度精度，在露天環(huán)境中通?？蛇_(dá)到±0.5米的典型精度。

信道探測技術(shù)通過使用帶時(shí)間戳的加密數(shù)據(jù)包，并對RTT和PBR測量結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證，構(gòu)建了堅(jiān)固的防御體系，有效抵抗中繼和放大攻擊。此技術(shù)非常適合那些需要精確、準(zhǔn)確的距離測量、且這些測量結(jié)果直接影響安全性的應(yīng)用領(lǐng)域，例如智能鎖、門禁系統(tǒng)、無鑰匙車輛進(jìn)入、數(shù)字家居門禁以及樓宇自動化系統(tǒng)。

運(yùn)用先進(jìn)的藍(lán)牙信道探測與定位計(jì)算引擎設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。為您的下一個(gè)項(xiàng)目訂購FRDM-MCXW72開發(fā)板，點(diǎn)擊這里>>

MCX W72：面向工業(yè)IIoT的信道探測方案

MCX W72是恩智浦通過Bluetooth 6.0信道探測認(rèn)證的無線MCU，專為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)。該平臺支持多協(xié)議連接，包括低功耗藍(lán)牙、基于Thread的Matter和Zigbee。

MCX W72的結(jié)構(gòu)框圖。

MCX W72測距能力的核心是一個(gè)專用的定位計(jì)算引擎 (LCE)。這個(gè)專用硬件可將定位算法運(yùn)算速度提升至主Arm Cortex-M33內(nèi)核的10倍，從而將算法執(zhí)行時(shí)間減少近45%。其結(jié)果是更低的延遲和更少的功耗，這對于電池供電的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備至關(guān)重要。

恩智浦MCX W72通過集成的EdgeLock安全區(qū)域核心配置文件確保信息安全，可以隔離敏感加密操作，如密鑰存儲和可信啟動流程等。此外，其先進(jìn)的低功耗藍(lán)牙無線單元支持多達(dá)24個(gè)同步連接，為復(fù)雜工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)部署提供了強(qiáng)大的連接，適用于需要多個(gè)設(shè)備進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)測距操作的場景。

硬件支持：用于快速原型設(shè)計(jì)的開發(fā)板

為幫助開發(fā)人員將藍(lán)牙信道探測技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際場景，恩智浦提供了專用的硬件平臺以加速原型設(shè)計(jì)。該系列開發(fā)板簡化了評估流程，加快了產(chǎn)品上市進(jìn)程，并為構(gòu)建安全、精確的測距解決方案提供了靈活選擇。

FRDM-MCXW72開發(fā)平臺

FRDM-MCXW72將恩智浦成熟的FRDM平臺引入無線開發(fā)。這款經(jīng)濟(jì)高效的開發(fā)板預(yù)裝了一個(gè)無線演示，可立即與恩智浦IoT Toolbox移動應(yīng)用配合使用，讓開發(fā)人員在開箱后幾分鐘內(nèi)即可評估基本功能。

該板提供多種擴(kuò)展選項(xiàng)，包括Arduino接頭、mikroBUS和外設(shè)模塊 (Pmod) 連接器，便于為特定應(yīng)用原型制作添加傳感器和外設(shè)?；?a href="http://m.makelele.cn/tags/lpc/" target="_blank">LPC55S69的板載MCULink調(diào)試器也消除了對外部調(diào)試工具的需求。其他功能還包括外部閃存、I2C傳感器、光傳感器、RGB和藍(lán)色LED、CAN連接、PCB天線以及用于傳導(dǎo) (電纜) 測量的uFL連接器。

MCXW72-LOC定位板

對于專門專注于信道探測應(yīng)用的開發(fā)人員而言，MCXW72-LOC提供了一個(gè)專用評估平臺。這款工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)評估套件為MCX W72的多協(xié)議無線支持提供了詳盡的測試能力，包括低功耗藍(lán)牙、Zigbee、Thread、Matter和CAN連接。

MCXW72-LOC采用雙天線分集系統(tǒng)，通過射頻開關(guān)在兩個(gè)2.4GHz天線之間動態(tài)選擇，與FRDM-MCXW72板的單天線相比，提高了測距精度。通過重新焊接電容，可以選擇SMA連接器替代天線，從而支持傳導(dǎo) (電纜) 測量實(shí)驗(yàn)。

MCXW72-LOC板預(yù)裝了一個(gè)信道探測演示。開發(fā)人員可以將兩塊MCXW72-LOC板配對，無縫演示無線測距會話，并在實(shí)際條件下評估性能。該平臺還提供了一個(gè)先進(jìn)的MCU-Link硬件調(diào)試器、多種電源和低功耗選項(xiàng)、雙CAN收發(fā)器、按鈕、開關(guān)、LED以及一個(gè)便于集成傳感器的MikroE Click連接器。

開發(fā)生態(tài)合作體系支持

兩款板均與恩智浦的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)完全兼容。MCUXpresso軟件開發(fā)套件 (SDK) 提供了驅(qū)動程序、示例和全面的文檔。此外，應(yīng)用代碼中心 (ACH) 提供了專家編寫的代碼示例以加速開發(fā)，而擴(kuò)展板中心 (EHB) 則在開發(fā)人員與恩智浦及其生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴的兼容附加板之間架起了一座橋梁。恩智浦的專有算法負(fù)責(zé)將原始信道探測測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為精確的距離估計(jì)，為應(yīng)用開發(fā)人員抽象了復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

KW47：將信道探測技術(shù)引入汽車系統(tǒng)

盡管MCX W72主要面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，但恩智浦的KW47將同樣的信道探測能力帶入了汽車應(yīng)用領(lǐng)域。作為恩智浦首款車規(guī)級Bluetooth 6.0信道探測MCU，KW47滿足AEC-Q100 2級認(rèn)證要求，并支持ASPICE、MISRA軟件標(biāo)準(zhǔn)以及集成CAN通信的AUTOSAR。

KW47架構(gòu)。

恩智浦KW47能夠?qū)崿F(xiàn)安全的數(shù)字鑰匙系統(tǒng)和汽車門禁應(yīng)用，其探測范圍令人印象深刻——能夠在遠(yuǎn)達(dá)100米的距離內(nèi)檢測到駕駛員，并在近距離提供20-50厘米的精度。KW47與MCX W72采用同一個(gè)平臺架構(gòu) (包括相同的LCE和EdgeLock安全技術(shù))，確保在汽車與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中提供一致的開發(fā)體驗(yàn)和互操作性。KW47-LOC開發(fā)板也為汽車開發(fā)人員提供了與面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的MCXW72-LOC類似的評估工具。

方案已量產(chǎn)，即刻開啟無限可能

恩智浦MCX W72和KW47均已量產(chǎn)。開發(fā)板現(xiàn)已上市，開發(fā)人員可使用這些板立即開始原型設(shè)計(jì)，為產(chǎn)品量產(chǎn)做好準(zhǔn)備。

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本文作者

Miguel Reyes，恩智浦半導(dǎo)體的系統(tǒng)賦能工程師，負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)汽車低功耗藍(lán)牙及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的產(chǎn)品開發(fā)。他專注于信道探測等高級低功耗藍(lán)牙功能，以及對基于IEEE 802.15.4的協(xié)議支持，包括Matter、ZigBee和OpenThread。Miguel在恩智浦擁有近15年的工作經(jīng)驗(yàn)，曾為系統(tǒng)、應(yīng)用及賦能團(tuán)隊(duì)做出關(guān)鍵貢獻(xiàn)，涉足廣泛的嵌入式系統(tǒng)與無線連接解決方案領(lǐng)域。他的工作有力地推動了恩智浦無線產(chǎn)品組合的客戶參與及大眾市場推廣，特別是在汽車與物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。