藍牙Mesh打造自動化緊急照明檢測系統(2)

自動化緊急照明檢測系統開發

(承前文)每一個緊急照明設備都需要具備以下的關鍵能力：啟動檢測、記錄檢測資料，並將這些資料傳輸到中央單元以進行使用者分析。因此，在採用藍牙Mesh的照明檢測範例系統中，建置了用戶端控制器(Client Controller，也就是Hub)，用於管理使用者輸入、與照明檢測儀(伺服器)進行通訊、接收資料和顯示結果。該系統主要由兩個部分組成：Hub和照明檢測儀。根據設想，照明檢測儀是將晶片、感測器和繼電器內建於緊急照明燈具中的單一產品。

考慮到緊急照明燈彼此鄰近的安裝距離，Mesh網路的設計可確保位置較近的燈光之間進行高效的資料傳輸。

緊急照明檢測儀

此元件直接位於緊急照明燈具內，並連接到另外兩個外部元件：一個是用於評估燈泡亮度的亮度感測器，另一個是用於將燈泡切換到電池供電的繼電器。圖1展示了緊急照明檢測儀(Emergency Light Tester)與光源和感測器之間的基本連接電路圖。

下一個階段，是為照明檢測儀定義通訊協定，需要能夠在收到命令後啟動檢測動作，向Hub確認啟動動作以避免使用者等待，並將檢測結果傳回Hub。為了增強使用者體驗，也為照明檢測儀額外設計儲存和檢索測試紀錄的功能。這項功能在Hub斷電或斷開連接時特別有用，無需重新檢測。此外，照明檢測儀可以向Hub報告當前的感測器數值，以協助診斷。

下一步是決定照明檢測儀必須發送或需要處理哪些訊息。由於照明檢測儀需要具備啟動檢測的能力，因此需要針對從其他地方所接受到的相關命令進行處理，並且需要向用戶端回覆檢測結果。此外，照明檢測儀也需要能夠確認檢測已經開始，否則使用者將等待數小時卻得不到任何回應，將與實現良好使用者體驗的目標背道而馳。上述已經滿足了最基本的必要條件，但為了增進方便性，系統中增添了在伺服器上儲存結果紀錄以供檢索的功能。如同前面所述，針對用戶端斷電或因某種原因斷開連接的情況，這項功能將非常有幫助，讓使用者不必重新進行檢測，可以直接檢索紀錄。最後，用戶端可以檢索感測器的當前數值，如此一來便可檢查感測器是否出了問題。

Hub

Hub作為主要的使用者介面，需要存取照明檢測儀發送的資料。Hub必須能夠啟動檢測、請求檢測紀錄和檢索感測器數值。此外，所導入的一項附加功能將驗證檢測是否正在進行，在錯過初始確認的情況發生時尤其有用。考慮到緊急照明的亮度各不相同，系統中增加了用於調整照明檢測儀臨界值的校準功能。

校準服務

為了維持系統的完整性，校準工作分配給一個單獨的Mesh模型，即校準服務(Calibration Service)。這項設計可以控制存取，防止某些用戶端進行未經授權的校準動作。校準服務會處理Hub發出的校準請求，並以「OK」訊息確認成功校準。

最終的設計如圖2所示，每個元件都經由Mesh進行通訊，模型的訊息處理機制(Handler)負責管理訊息和特定功能，就像Hub中的檢測功能和照明檢測儀中的UART讀取器。Hub與使用者介面負責進行外部通訊，而緊急照明檢測儀則負責讀取感測器數值。

訊息交換表

表1概述了Hub、緊急照明檢測儀和校準服務之間的訊息交換，指出由哪個元件發送(TX)或接收(RX)各種類型的訊息。

圖3展示了這些緊急照明組成的小型網路全貌，說明了照明燈具之間的通訊及其與Hub的連接。圖中詳細介紹了照明燈具內部的每項元件，以及在系統中訊息的發送和接收程序。校準服務和緊急檢測儀被描繪成個別的單元，但實際上它們一起被整合至單一晶片中。由於每一個照明燈具都具有繼電器功能，無需直接接觸即可與使用者介面通訊。

軟體解決方案

在開發這個系統時，採用nRF Connect SDK中的現有範本，特別是Bluetooth Mesh: Chat範本，其為供應商模型，符合緊急照明系統中的Mesh網路必要條件。整個系統需要三個模型：伺服器、照明監控用戶端及校準伺服器。緊急照明燈具在同一個裝置上使用校準伺服器和照明監控伺服器，因此只需要兩個應用程式檔案：light_monitor_srv(緊急照明燈具)和light_monitor_cli(Hub)。

開發步驟如下：

一、重新命名檔案名稱。

二、修改vendor_model_id。

三、更改模型定義。

四、執行必要的訊息。

五、為每項訊息開發訊息處理機制(Handler)。

六、整合光測量感測器。

七、新增可進行使用者互動的殼層(Shell)支援。

八、實施碰撞處理。

九、建立簡單的前端以提供一個與系統互動的簡單方式。

以Chat範本開始為基礎，系統設計過程中可以跳過耗時的初始設定階段，直接投入開發。此外，該範本針對殼層介面(Shell Interface)的管理方法提供了有價值的見解，對於將殼層功能整合到系統中特別有幫助。

藍牙Mesh照明檢測具發展潛力

本文實例說明使用nRF Connect SDK進行快速藍牙Mesh技術專案開發的簡單性和可用性。在大約七週內，筆者便將此系統從概念發展至功能齊全的原型，充分展示了此類解決方案為各種重視可靠性、安全性和可擴展性的應用帶來的開發潛力。

本文所開發的照明檢測系統僅為初步原型，尚具有許多改進空間。未來的改進之處可能包括與現有系統的整合以實現集中控制、增加行動裝置的可操作性，以及針對前端部分進行優化。在量產版本中，緊急照明燈可在製造過程中採用經過整合的感測器和晶片，這些感測器及晶片可以作為獨立產品或現有燈具的附加組件使用。此外，也能透過報告生成和警報功能進一步提升系統自動化程度，藉此大幅減少人為疏失。上述改良皆有助於打造比現有系統更容易使用的系統方案。

(本文由Nordic Semiconductor提供)

(本文轉載自Nordic部落格，原文全文請參考Automated emergency light testing through Bluetooth Mesh)

藍牙Mesh打造自動化緊急照明檢測系統(1)

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