唐友誼　王春英

摘要：本文采用國際主流的射頻模塊封裝標準：XBee封裝標準，設計通用藍牙模塊的軟、硬件解決方案，從而使藍牙模塊產(chǎn)品能夠與XBee系列模塊間達到無縫兼容。

關鍵詞：藍牙；XBee封裝標準；無縫兼容

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）05-0231-02

Abstract： In this paper， the international mainstream radio frequency module packaging standard： Standard XBee package， design of software and hardware of the universal Bluetooth module solutions， so that products of the Bluetooth module to achieve the seamless compatibility with the XBee module.

Key words： Bluetooth； XBee package standard； seamless compatibility

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀與分析

藍牙技術在產(chǎn)業(yè)化及物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中都有著無限廣闊的應用前景，然而現(xiàn)有市面上封裝藍牙協(xié)議的芯片產(chǎn)品存在諸多問題。模塊產(chǎn)品規(guī)格參差不齊，缺乏統(tǒng)一的模塊封裝標準，與其它無線通信模塊的硬件開發(fā)板不兼容，降低了模塊的通用性從而無法完成簡單的升級和替換；缺乏統(tǒng)一的AT命令集，對硬件知識掌握少的用戶很難完成模塊的配置工作，降低了模塊的可用性；配套的可編程開發(fā)庫和相關使用手冊不完備，增加了外圍MCU對藍牙模塊控制的難度，降低了模塊的易用性。

針對以上問題，本項目決定采用國際主流的射頻模塊封裝標準：XBee封裝標準，設計通用藍牙模塊的軟、硬件解決方案，從而使藍牙模塊產(chǎn)品能夠與XBee系列模塊間達到無縫兼容。XBee系列電子產(chǎn)品是美國Digi公司旗下的產(chǎn)品，其為物聯(lián)網(wǎng)提出了成熟的解決方案，在業(yè)界處于領先水平，XBee封裝標準作為業(yè)內(nèi)一個知名標準主要強調(diào)了無限射頻模塊的統(tǒng)一的管腳封裝標準，眾多其它廠商紛紛為其設計和生產(chǎn)兼容XBee接口的系列開發(fā)板和擴展板。XBee系列產(chǎn)品如圖1所示。例如：ZigBee、Wifi、2.4G、900M等，但針對應用電子主流的藍牙技術卻沒有相應的產(chǎn)品，為解決此問題，本項目借鑒XBee產(chǎn)品的開發(fā)模式，設計并實現(xiàn)符合XBee硬件管腳標準的通用藍牙模塊。

2 研究內(nèi)容和目標

系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容分為以下幾方面：

2.1 硬件開發(fā)

藍牙模塊一般是由芯片、PCB板、外圍器件構成。

1）芯片的選擇：在設計基于XBee封裝標準的藍牙模塊中本項目選擇了HC-05藍牙芯片，其支持點對點通信。此模塊的設計方式是將所有的芯片、電阻、電容等制造在一塊電路板上。

2）PCB板滿足XBee統(tǒng)一的管腳定義和電平標準，由藍牙的管腳向XBee標準轉換，保留管腳的功能性和可能性，通過電路設計，提高管腳使用的安全系數(shù)。

3）外圍器件包括可以進行有效管腳電平控制的開關等。

2.2 軟件開發(fā)

支持藍牙通信的外圍MCU庫。

提供簡潔有效的調(diào)用接口，封裝針對硬件編程細節(jié)的接口。通過接口函數(shù)可以完成藍牙主/從角色的設定，工作流程需滿足藍牙標準過程，即主設備查詢周圍藍牙從設備，并主動發(fā)起連接，而從設備只是被動連接。同時提供命令模式和數(shù)據(jù)模式的轉換接口，靈活有效地為用戶提供可編程的接口。

2.3 基于模塊AT命令集的封裝

AT指令集是從終端設備或數(shù)據(jù)終端設備向終端適配器或數(shù)據(jù)電路終端設備發(fā)送的，良好的AT命令集的封裝有助于用戶在命令模式下對模塊狀態(tài)進行靈活控制。

2.4 驗證案例開發(fā)：Arduino開發(fā)板和Android手機通信

基于XBee標準的藍牙模塊的Arduino部分軟件開發(fā)主要是為了基于UART接口擴展應用產(chǎn)品的開發(fā)而設計的。為了驗證藍牙模塊軟、硬件設計的有效性，測試藍牙芯片在傳輸過程的準確性，通過Arduino與藍牙進行接口編程進行測試案例的開發(fā)，通過對藍牙指令的外圍MCU庫進行調(diào)用，設計藍牙模塊數(shù)據(jù)通信。同時，進一步在Android手機平臺端進行開發(fā)，通過其與Arduino控制的藍牙模塊通信。

3 研究方案、技術路線

系統(tǒng)研究方案及技術路線主要為：

3.1 硬件解決方案

封裝后的滿足XBee管腳標準的藍牙模塊最終可以安插到通信的無線驗證板上并可以用PC機和MCU進行串口控制，從而實現(xiàn)了通用的目的。

3.2 軟件解決方案

1）控制藍牙模塊的外圍MCU庫要符合藍牙協(xié)議的調(diào)用過程，主要考慮藍牙的主/從關系。

2）AT命令集

當模塊處于自動連接工作模式時，將自動根據(jù)事先設定的方式連接的數(shù)據(jù)傳輸；當模塊處于命令響應工作模式時能執(zhí)行下述所有AT 命令，用戶可向模塊發(fā)送各種AT 指令，為模塊設定控制參數(shù)或發(fā)布控制命令。通過控制模塊外部引（PIO11）輸入電平，可以實現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動態(tài)轉換。

3）驗證案例

Arduino控制藍牙進行主-從連接，Arduino分別通過串口完成對藍牙模塊的控制，通過設計的外圍MCU庫完成主端程序與從端程序的開發(fā)，同時，在Android手機上完成針對藍牙的通信程序開發(fā)，并與藍牙封裝模塊通信，進一步實現(xiàn)對外圍MCU庫可用性的驗證。

4 結束語

項目的目的是實現(xiàn)符合XBee封裝標準的藍牙模塊，主要特色及創(chuàng)新如下：

1）藍牙模塊具有很強的通用性，適用于相關領域的應用開發(fā)；

2）藍牙模塊具有很高的易用性，提供豐富的AT命令集和外圍MCU庫，降低了開發(fā)的難度；

3）工業(yè)級的藍牙芯片產(chǎn)品，提高了傳輸?shù)臏蚀_性、穩(wěn)定性和安全性；

4）案例設計應用現(xiàn)今流行的Arduino開發(fā)板和Android平臺，提出了具有實際意義的極具參考價值的解決方案。

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