智能蓝牙信标：基于 SoC 的边缘机器学习为设备带来可连接洞察

一、快速迭代时代的设备数据需求

当今的产品开发与维护周期显著加快。嵌入式设备若能持续捕获运行状态、用户行为及潜在软硬件故障数据，将为工程师提供关键洞察，以便快速定位问题、优化设计、提升产品可靠性。

然而，工业现场的设备并非都具备轻松联网的条件。即使是设计为物联网（IoT）终端的产品，也常受到以下限制：

• 电磁干扰（EMI）导致通信不稳定

• 通信带宽有限

• 布线距离长、线缆部署复杂且存在安全隐患

蓝牙系统级芯片（SoC）的兴起，为工程师提供了 近距离无线连接 与 片上机器学习（ML）处理能力 的组合，使设备不仅能自主感知状态，还能本地执行智能分析，实现从“被动维修”向“主动预测”的支持模式转变。

二、智能数据采集推动设备迭代与维护优化

应用数据是现代产品迭代的基础。如果开发者不了解用户行为、常用或不常用的功能、系统的真实运行工况，就难以做出真正符合需求的升级。同样，技术支持人员若无法获知故障前后的环境条件、系统状态变化，也难以准确排查问题。

蓝牙智能信标与嵌入式分析系统可在设备上采集：

• 温度、湿度、气压

• 三轴加速度

• 环境光照度

• 磁场变化

• 基于 RTC（实时时钟）的时间戳

这些数据可本地分析，也可通过蓝牙广播至云端系统，用于行为建模或故障预测。

例如，某线性运动机构若在高湿环境下出现振动升高，信标上的处理器即可判断设备需要润滑并立即发送告警，实现提前维护、减少停机时间。同一组数据还可为产品工程师提供设计反馈，例如使用更适合湿度环境的润滑剂或优化机械结构设计。

三、智能信标落地的挑战与解决方案

要充分发挥 IoT 数据采集与智能分析的价值，关键在于优化数据处理路径。将数据全部送至云端分析意味着：

• 增加通信延迟

• 暴露更多安全风险

• 消耗网络资源

因此，智能信标的趋势是将 AI / ML 算法嵌入本地（Edge AI、TinyML）。这些模型由嵌入式处理器执行，可进行：

• 简单模式匹配（如湿度与振动的相关性）

• 趋势预测（如提前识别磨损风险）

其核心优势包括：

• 无需依赖网络即可实时分析

• 降低能耗，延长电池寿命

• 增强系统安全性与独立性

尽管如此，智能设备最终仍需与服务器或网关设备通信。而传统工业系统往往依赖：

• 串行协议：PROFIBUS、DeviceNet、CANOpen、Modbus RTU

• 以太网协议：PROFINET、EtherCAT、EtherNet/IP、Ethernet POWERLINK

这些方案均需布线，易受 EMI、线缆长度衰减与工厂布线成本等问题制约。

1. 蓝牙：低功耗、免布线的替代方案

蓝牙尤其是 BLE（Bluetooth Low Energy），实现了：

• 150 m 级广播距离

• 纽扣电池供电

• 低功耗高可靠传输

BLE 采用 2.4 GHz ISM 频段，尽管与 Wi-Fi、部分蜂窝网络共享频率，但其穿透能力强，适用于工业空间中的遮挡环境。

为解决多节点连通与信号衰减的问题，BLE 可构建：

• 蓝牙 Mesh 网络

• 基于 IPv6 的多设备互联

• 通过热点中继至云端

这使其成为工业无线化改造的关键技术之一。

四、智能信标：将数据、分析与网络连接融合

以 Blecon LTD 的 L02S-BCN 智能信标 为例，该装置将蓝牙通信、传感器采集、边缘 ML 推理与电池供电融合于一体。

1. SoC 平台：Nordic Semiconductor nRF54L15

L02S-BCN 基于 Nordic nRF54L15 多协议 SoC（图 3），其核心特性包括：

• 多协议 2.4 GHz 射频

• 支持 Bluetooth 5.4

• 支持 IEEE 802.15.3-2020

• 数据速率最高 4 Mbps

• 处理器与存储

• 128 MHz Arm Cortex-M33

• 256 KB RAM

• 1.5 MB 非易失存储器（断网时可缓存大量数据）

• 安全能力（PSA Level 3）

• TrustZone 隔离

• 侧信道保护

• 物理篡改检测

这些设计确保信标向云端发送的数据经过加密与完整性验证。

2. 片上传感接口与数据采集能力

nRF54L15 集成：

• 14-bit ADC：采集温度、湿度、气压、加速度、光照等模拟信号

• 多串行接口：SPI、TWI、UART，用于连接外部传感模块

• RTC 时间戳：用于事件关联分析

信标本体具备 IP67 防护等级，可通过胶贴、螺丝或扎带固定于设备。

3. 作为嵌入式设备的“自诊断”能力

L02S-BCN 还集成：

• 基于 RISC-V 协处理器的 Memfault 平台

• 检测并上报软件崩溃、系统故障

• 管理电池状态

• 记录用户行为

• 支持 OTA 升级，无需现场返修

4. 移动端与云端之间的 ML 协同

通过 Edge Impulse 平台，信标可运行本地 ML 推理，实现：

• 无网络延迟

• 极低功耗

• 支持长期电池运行（1000 mAh CR2477 纽扣电池）

信标尺寸为 69.9 × 46.7 × 18 mm，支持现场更换电池。

五、结语：蓝牙智能信标为 IoT 与工业设备注入智能能力

蓝牙智能信标将 传感 → 分析 → 连接 三要素融合，使原本无法联网或不具备复杂嵌入式系统能力的工业设备，实现：

• 运行状态监测

• 用户行为分析

• 预测性维护

• 远程软件管理

基于 Nordic nRF54L15 SoC 的 Blecon L02S-BCN，展示了如何在极低功耗、强安全性与可扩展网络环境下部署智能信标，使工业设备真正成为可管理、可分析的智能系统。

在快速迭代的产品开发与维护周期中，这类智能信标将成为 IoT 系统的关键构件，加速设备数字化与智能化转型。