基于ARM的無線藍(lán)牙通訊模塊的設(shè)計(jì)

摘 要：隨著后PC時(shí)代的到來，嵌入式ARM技術(shù)日益成熟，人們對(duì)電子產(chǎn)品性能的要求越來越高，移動(dòng)便攜成為電子消費(fèi)品的主題，其中藍(lán)牙技術(shù)就是眾多解決方案中一個(gè)有效的選擇，本文旨在將藍(lán)牙技術(shù)與嵌入式ARM結(jié)合起來，設(shè)計(jì)一款基于嵌入式ARM系統(tǒng)的藍(lán)牙通訊模塊。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；嵌入式；ARM；無線通訊

中圖分類號(hào)：F416.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

“Bluetooth”藍(lán)牙一詞原來是一位丹麥國王的名字，他在10世紀(jì)時(shí)，統(tǒng)一了當(dāng)時(shí)的瑞典、芬蘭和丹麥。后來用他的名字來給一種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)命名，意思將各種不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一起來。這種新的技術(shù)主要使用高速跳頻與時(shí)分多址等通信技術(shù)，在一定的距離低成的把若干臺(tái)數(shù)字化設(shè)備，包括各種便攜移動(dòng)設(shè)備、固定通信設(shè)備、PC機(jī)及其終端設(shè)備、數(shù)字系統(tǒng)，如數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等，還包括智能家器、自動(dòng)化設(shè)備呈網(wǎng)狀鏈接起來。Bluetooth成為網(wǎng)絡(luò)中各種外設(shè)接口的一種橋梁，取消了設(shè)備之間實(shí)在的連線，以無線連接來取代[1]。

這種技術(shù)的替代對(duì)象主要有紅外線傳輸和RS232串口線傳輸，紅外線接口的傳輸需電子裝置在視線之內(nèi)的距離，而以RS232串口線連接的設(shè)備的缺點(diǎn)是需要線纜和和傳輸速度低，藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展，方便了各種移動(dòng)設(shè)備的互聯(lián)。

Bluetooth現(xiàn)成為整個(gè)無線通信領(lǐng)域的重要分支，它不僅僅是一個(gè)芯片，而是一個(gè)近距無線網(wǎng)絡(luò)，在包括智能手機(jī)、掌上電腦、無線耳機(jī)、便攜PC、各種外設(shè)之間進(jìn)行無線信息傳輸，現(xiàn)今由Bluetooth構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)已在移動(dòng)通信領(lǐng)域到處存在。

Bluetooth應(yīng)用高速跳頻和時(shí)分多址等通信技術(shù)，能在近距離內(nèi)較方便地將幾臺(tái)數(shù)字化設(shè)備呈網(wǎng)狀鏈接起來，可應(yīng)用于智能手機(jī)、PC機(jī)、掌上電腦、打印機(jī)、游戲機(jī)數(shù)碼相機(jī)、MP3等，還可視頻、語音、圖像、文字、文件同步傳輸，還可簡化白板記錄儀、投影機(jī)等操作。藍(lán)牙模塊連接圖如圖1所示。

圖1 連接圖

Fig.1 Connection diagram

2 藍(lán)牙技術(shù)的規(guī)范及特點(diǎn)（Specifications and

characteristics of bluetooth technology）

Bluetooth的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，工作頻帶為2.4GHz，1MB/s的帶寬。采用時(shí)分多址實(shí)現(xiàn)全雙工方式通信，基帶協(xié)議組合了電路交換和分組交換。每個(gè)跳頻頻率發(fā)送一組同步數(shù)據(jù)，每個(gè)時(shí)隙分配給某個(gè)分組，利用擴(kuò)頻技術(shù)可擴(kuò)展為五個(gè)時(shí)隙。Bluetooth支持三個(gè)并發(fā)的同步話音通道或一個(gè)異步數(shù)據(jù)通道，還可一個(gè)同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。64kB/s的同步話音提供給每個(gè)話音通道，異步通道的傳輸速率可達(dá)為721kB/s，非對(duì)稱的反向應(yīng)答連接速率為57.6kB/s，對(duì)稱連接速率為432.6kB/s。

根據(jù)發(fā)射功率大小，Bluetooth有三種傳輸距離等級(jí)：第一種約為100m；第二等級(jí)為10m左右；第三等級(jí)為2—3m。其正常的工作范圍是10m半徑內(nèi)。有效范圍內(nèi)能進(jìn)行多臺(tái)設(shè)備間的互聯(lián)。Bluetooth的特點(diǎn)有：利用跳頻技術(shù)，數(shù)據(jù)包短，減緩信號(hào)衰減。鏈路穩(wěn)定，使用快速跳頻和前向糾錯(cuò)方案，有效減少同頻干擾和遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的隨機(jī)噪聲影響。使用2.4GHz頻段，無須許可。同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)、音頻、視頻信號(hào)的傳輸。采用FM調(diào)制方式，可減低復(fù)雜性[2]。藍(lán)牙模塊部分電路原理圖如圖2所示。

圖2 電路原理圖

Fig.2 Circuit diagram

3 藍(lán)牙匹配規(guī)則及使用注意（Using bluetooth

matching rules and notice）

Bluetooth標(biāo)準(zhǔn)開放性無線接入方式的一種，在使用前需要了解和遵循標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)則。不同藍(lán)牙設(shè)備在進(jìn)行通訊前，需要將其匹配在一起，從而確保一個(gè)設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)僅會(huì)被許可的其它設(shè)備接受。

Bluetooth將設(shè)備分為主從兩種。其主設(shè)備的特點(diǎn)主要有，主設(shè)備有輸入端口。進(jìn)行匹配時(shí)，可通過輸入端口輸入隨機(jī)的匹配密碼將不同設(shè)備匹配。如藍(lán)牙智能手機(jī)、有藍(lán)牙模塊的個(gè)人電腦等都為主設(shè)備。

從設(shè)備的特點(diǎn)主要有，從設(shè)備多半沒有輸入端口。所以從設(shè)備往往在出廠時(shí)，在芯片中，燒寫了一個(gè)6位或4位數(shù)字的匹配密碼。例如藍(lán)牙耳機(jī)等都是從設(shè)備。各種主設(shè)備之間，以及主設(shè)備與從設(shè)備之間，都是可互相匹配的，但是從設(shè)備與從設(shè)備是不能匹配的。如藍(lán)牙PC與藍(lán)牙智能手機(jī)可匹配，藍(lán)牙PC也可以與藍(lán)牙耳機(jī)匹配，而藍(lán)牙耳機(jī)與藍(lán)壓耳機(jī)不能匹配[3]。

藍(lán)牙主設(shè)備，依據(jù)其類型不同，可匹配一個(gè)或多個(gè)其他設(shè)備。如一部藍(lán)牙移動(dòng)電話，一般最多匹配七個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。但是一臺(tái)藍(lán)牙個(gè)人電腦，卻可以匹配十多個(gè)或數(shù)十個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。在同一時(shí)間，Bluetooth設(shè)備之間只支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。

4 具體實(shí)現(xiàn)步驟（The specific implementation steps）

（1）首先修改模塊的參數(shù)，運(yùn)行chmod命令進(jìn)行修改，模塊波特率默認(rèn)值為38400，主模塊和從模塊分別與核心控制模塊ARM處理器連接好。

（2）實(shí)現(xiàn)接收功能，主函數(shù)為BlueToothreceive

int main（int argc， char *argv[]）

{ int i=0； bsp_init（）； unsigned char buf[100]； int recv_count； rs485_open（）；

printf（"test BlueTooth （38400）...＼r＼n"）；

while（1） { recv_count = read（fd_rs485，buf，60）； buf[recv_count] = '＼0'； printf（"data num=%d＼n"，recv_count）；

for（i=0；i

int bsp_init（void） { open_port_device（）； return 0； }

（3）實(shí)現(xiàn)發(fā)送功能，主函數(shù)為BlueToothsend

int main（int argc， char *argv[]）

{ int i； bsp_init（）；char buf[14]="0123456789abcd"； int recv_count；

rs485_open（）； printf（"test BlueTooth （38400）...＼r＼n"）；

while（1） { write（fd_rs485，buf，14）；for（i=0；i<14；i++） { printf（"%c"，*（buf+i））； }

printf（"＼n"）； mmdelay（3000）；} return 0；} int bsp_init（void） { open_port_device（）；

return 0； }

（4）分別調(diào)試藍(lán)牙的主從模塊，其中一片ARM處理模塊燒寫發(fā)送程序，另一片ARM處理模塊燒寫接收程序。

（5）運(yùn)行相應(yīng)程序，在超級(jí)終端下可以看到一個(gè)ARM處理模塊一直在發(fā)送數(shù)據(jù)，另一個(gè)ARM處理模塊一直在接收從藍(lán)牙模塊發(fā)過來的數(shù)據(jù)。

（6）模塊參數(shù)的修改參照藍(lán)牙模塊命令集。

5 結(jié)論（Conclusion）

以上為筆者在進(jìn)行嵌入式ARM開發(fā)實(shí)踐過程中總結(jié)出來的，由于能力有限，諸多細(xì)節(jié)不夠完善，如未能實(shí)現(xiàn)多藍(lán)牙模塊的多點(diǎn)通訊，未能將藍(lán)牙模塊驅(qū)動(dòng)程序加載到Linux內(nèi)核中運(yùn)行，不足之處難免，希望得到讀者朋友的批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 吳作鵬.藍(lán)牙迎來第二春[N].計(jì)算機(jī)世界，2004（04）.

[2] 季巖.關(guān)于藍(lán)牙技術(shù)的研究—基于藍(lán)牙的Adhoc網(wǎng)絡(luò)散列

網(wǎng)形成協(xié)議的研究[D].江南大學(xué)，2008（07）.

[3] 蔣喜焰.基于無線藍(lán)牙通信的智能家居系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

[D].華東師范大學(xué)，2009（04）.

作者簡介：

周小仨（1980-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：嵌入式，EDA，

單片機(jī)技術(shù)開發(fā).