基于XBee封裝標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

唐友誼　王春英

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

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；XBee封裝標(biāo)準(zhǔn)；無縫兼容

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)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(lán)牙技術(shù)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(yīng)用前景，然而現(xiàn)有市面上封裝藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)，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(guān)使用手冊不完備，增加了外圍MCU對藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)：XBee封裝標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計通用藍(lán)牙模塊的軟、硬件解決方案，從而使藍(lán)牙模塊產(chǎn)品能夠與XBee系列模塊間達(dá)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(lǐng)先水平，XBee封裝標(biāo)準(zhǔn)作為業(yè)內(nèi)一個知名標(biāo)準(zhǔn)主要強調(diào)了無限射頻模塊的統(tǒng)一的管腳封裝標(biāo)準(zhǔn)，眾多其它廠商紛紛為其設(shè)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(yīng)用電子主流的藍(lán)牙技術(shù)卻沒有相應(yīng)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(shè)計并實現(xiàn)符合XBee硬件管腳標(biāo)準(zhǔn)的通用藍(lán)牙模塊。

2 研究內(nèi)容和目標(biāo)

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(lán)牙模塊一般是由芯片、PCB板、外圍器件構(gòu)成。

1）芯片的選擇：在設(shè)計基于XBee封裝標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙模塊中本項目選擇了HC-05藍(lán)牙芯片，其支持點對點通信。此模塊的設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，由藍(lán)牙的管腳向XBee標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，保留管腳的功能性和可能性，通過電路設(shè)計，提高管腳使用的安全系數(shù)。

3）外圍器件包括可以進(jìn)行有效管腳電平控制的開關(guān)等。

2.2 軟件開發(fā)

支持藍(lán)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(xì)節(jié)的接口。通過接口函數(shù)可以完成藍(lán)牙主/從角色的設(shè)定，工作流程需滿足藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)過程，即主設(shè)備查詢周圍藍(lán)牙從設(shè)備，并主動發(fā)起連接，而從設(shè)備只是被動連接。同時提供命令模式和數(shù)據(jù)模式的轉(zhuǎn)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(shè)備或數(shù)據(jù)終端設(shè)備向終端適配器或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)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(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)而設(shè)計的。為了驗證藍(lán)牙模塊軟、硬件設(shè)計的有效性，測試藍(lán)牙芯片在傳輸過程的準(zhǔn)確性，通過Arduino與藍(lán)牙進(jìn)行接口編程進(jìn)行測試案例的開發(fā)，通過對藍(lán)牙指令的外圍MCU庫進(jìn)行調(diào)用，設(shè)計藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)通信。同時，進(jìn)一步在Android手機平臺端進(jìn)行開發(fā)，通過其與Arduino控制的藍(lán)牙模塊通信。

3 研究方案、技術(shù)路線

系統(tǒng)研究方案及技術(shù)路線主要為：

3.1 硬件解決方案

封裝后的滿足XBee管腳標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)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(jìn)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(lán)牙模塊的外圍MCU庫要符合藍(lán)牙協(xié)議的調(diào)用過程，主要考慮藍(lán)牙的主/從關(guān)系。

2）AT命令集

當(dāng)模塊處于自動連接工作模式時，將自動根據(jù)事先設(shè)定的方式連接的數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)模塊處于命令響應(yīng)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(shè)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(zhuǎn)換。

3）驗證案例

Arduino控制藍(lán)牙進(jìn)行主-從連接，Arduino分別通過串口完成對藍(lán)牙模塊的控制，通過設(shè)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(lán)牙的通信程序開發(fā)，并與藍(lán)牙封裝模塊通信，進(jìn)一步實現(xiàn)對外圍MCU庫可用性的驗證。

4 結(jié)束語

項目的目的是實現(xiàn)符合XBee封裝標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙模塊，主要特色及創(chuàng)新如下：

1）藍(lán)牙模塊具有很強的通用性，適用于相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)；

2）藍(lán)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(lán)牙芯片產(chǎn)品，提高了傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、穩(wěn)定性和安全性；

4）案例設(shè)計應(yīng)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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