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干货:无线通信接口之蓝牙使用注意事项及开源项目分享

妮mo 达尔闻说 2021-01-17

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开发板中的MCU如同一个孤岛,没有各种外设接口,MCU是无法进行工作的。在这些外设接口中,通信接口把开发板与外面的“世界”相连了。 

以往,PC与设备间通信多借助RS232、RS485、以太网等有线的通信方式,主要取决于设备的接口规范。近年来无线通信方式越来越多的应用在我们设计中。通信方式如下几种,以及他们各自的特点:

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注意注意,文末有福利

无线和有线通信的区别在于传输介质的不同。

有线通信与无线通信简易示意图

有线传输受到连接线的影响决定了不能远距离的传输。虽然无线通信可以实现较远距离的通信,但是无线传输受外界的干扰因素的影响不容忽视。无线连接方式的特点决定了他们的应用场景,根据应用的条件选择合适的无线连接方式。

表中所述蓝牙为5.0以下版本。

在上述几种通信方式中,蓝牙通信在我们设计中占有非常大的部分。

蓝牙(Bluetooth):是一种无线技术标准,可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换(使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波)。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制,当时是作为RS232数据线的替代方案, 蓝牙可连接多个设备,在与单片机连接使用也得到了广泛应用。
最常用的蓝牙模块就是HC-05主从一体的蓝牙串口通信模块,是基于Bluetooth Specification V2.0 带EDR 蓝牙协议的数传模块。无线工作频段为2.4GHz ISM,调制方式是GFSK。模块最大发射功率为4dBm,板载PCB 天线,可以实现10米距离通信

在使用蓝牙时,大多数都是购买的模块成品,当然店家也会提供相应的资料,所以上手的难度比较小。但是下面几点,大家一定要当心:

1)端口连接,与单片机串口连接时,两者之间相互可以读写。例如单片机给HC-05传递数据,即向HC-05写数据,HC-05从单片机读取数据,那么串口连接处单片机机的写端引脚(TXD)就与HC-05读端(RXD)相连,反之蓝牙向单片机传递数据时,HC-05写端(TXD)T与单片机的读端引脚(RXD)相连。
一句话总结:一定记住单片机TXD接蓝牙RXD,单片机RXD接蓝牙TXD,否则蓝牙一定不能正常工作。注意:只有正确连接读写端才能正常通信。
2)蓝牙配置,设置决定了蓝牙模块自动连接工作后的角色,主角色(Master)会自动搜索配对连接,从角色(Slave)只被动接受连接,不会主动搜索,回环角色(Loopback),属于被动连接,接收远程蓝牙主设备数据并将数据原样返回给远程蓝牙主设备。
如果两个HC05模块要建立连接,其中一个必须设置为主,另外一个可以设置为从或回环,如果一个HC05模块和电脑蓝牙或者手机蓝牙通信,一般电脑或手机可以主动建立连接,所以HC05可以使用从设备,出厂默认也是设置为从设备。
3)蓝牙工作模式,在蓝牙模块上,一定会有模式引脚KEY的存在,悬空时默认为低电平,同时模块工作在串口透传模式;高电平时模块进入AT命令模式
AT命令模式又叫做参数设置模式,单片机可以通过AT指令对蓝牙模块进行常用参数的设置,比如名称、连接密码等。

串口透传模式,就是在AT模式设置完之后,蓝牙模块可以正式对外工作了。比如单片机将数据通过串口发送到蓝牙模块,蓝牙模块就将数据直接发给手机了,接下来手机收到消息后,根据手机服务器那边的应答,可能会发送成功接收的指令回复给单片机,但这个不是AT指令模式回复,这点要注意。

有的同学选择自己设计一个蓝牙模块。但是蓝牙模块工作在2.4G无线频段,应尽量避免各种因素对无线收发的影响,同样也要注意以下几点:

 包围蓝牙模块的产品外壳避免使用金属,当使用部分金属外壳时,应尽量让模块天线部分远离金属部分。
☑ 产品内部金属连接线或者金属螺钉,应尽量远离模块天线部分。
☑ 模块天线部分应靠载板PCB四围放置,不允许放置于板中,且天线下方载板铣空,与天线平行的方向,不允许铺铜或走线。直接把天线部分直接露出载板,也是比较好的选择。
☑ 模块下方尽量铺大片GND,走线尽量往外围延伸。
蓝牙仅仅是无线通信最基础的,也是最简单的方式,记住上面的使用注意事项,便可以方便的使用蓝牙。但如果你还想使用NB-IoT或者LoRa,可以查看阅读原文,学习常用通信接口设计课程

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