基于51單片機(jī)的智能手環(huán)藍(lán)牙模塊設(shè)計

王烈進(jìn) 王游司 陳洪燕 孫超 盧宇

摘要：隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信也日趨成熟，藍(lán)牙就是其中之一。現(xiàn)在的藍(lán)牙通信技術(shù)都已經(jīng)應(yīng)用在手機(jī)、耳機(jī)、便攜電腦等各種設(shè)備中。本文主要介紹智能手環(huán)的藍(lán)牙系統(tǒng)，本文采用藍(lán)牙模塊HC-06，HC-06模塊是專為智能無線數(shù)據(jù)傳輸而打造的，采用英國CSR公司BlueCore4-Ext芯片，遵循V2.0+EDR藍(lán)牙協(xié)議。藍(lán)牙模塊HC-06是一款支持多種接口，支持SPP藍(lán)牙串口協(xié)議，具有體積小、成本低、靈敏度高等優(yōu)點。本文主要簡介藍(lán)牙技術(shù)、藍(lán)牙通信模塊的硬件電路設(shè)計、藍(lán)牙通信模塊的軟件設(shè)計以及系統(tǒng)測試。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能手環(huán)；藍(lán)牙；模塊設(shè)計

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）23-0260-02

1藍(lán)牙技術(shù)簡介

直至藍(lán)牙4.0版本推出后低功耗藍(lán)牙技術(shù)才于智能穿戴設(shè)備聯(lián)系在一起，這些都是從最初藍(lán)牙耳機(jī)時代逐漸演變過來的，現(xiàn)在藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用的智能穿戴設(shè)備幾乎成為現(xiàn)在年輕一代的標(biāo)志。其實在我們的生活中藍(lán)牙技術(shù)已然在悄無聲息地改變著我們的學(xué)習(xí)與生活。我們已經(jīng)習(xí)慣于將智能手機(jī)通過藍(lán)牙與車載語音系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而可以安全地通過汽車音響完成撥打或接聽電話等操作；在家里時，智能手機(jī)或者PDA同樣也可以通過藍(lán)牙與智能機(jī)頂盒連接，從而將智能設(shè)備中的圖片，影像資料同步到超清電視機(jī)屏幕上。藍(lán)牙（bluetooth）就是一種工作在2.4GHZ（即ISM）頻段的一種無線短波通信技術(shù)，是一種大容量近距離無線數(shù)字通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙是一種異步全雙工的通信方式，其核心技術(shù)就是跳頻技術(shù)。藍(lán)牙的通信必須要按照藍(lán)牙通信協(xié)議進(jìn)行，藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范允許開發(fā)人員開發(fā)基于可互操作的無線模塊和數(shù)據(jù)通信協(xié)議的交互式服務(wù)和應(yīng)用， 目的是使符合該規(guī)范的各種應(yīng)用之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作。

2藍(lán)牙模塊硬件電路設(shè)計

2.1 HC-06模塊介紹

HC-06模塊是專為智能無線數(shù)據(jù)傳輸而打造的，采用英國CSR公司BlueCore4-Ext芯片，遵循V2.0+EDR藍(lán)牙協(xié)議。藍(lán)牙模塊HM-06是一款支持多種接口，支持SPP藍(lán)牙串口協(xié)議，具有體積小、成本低、靈敏度高等優(yōu)點。支持通用AT指令，可以用很簡單的程序?qū)崿F(xiàn)藍(lán)牙連接與數(shù)據(jù)發(fā)送等一系列操作。

2.2藍(lán)牙模塊硬件電路設(shè)計

現(xiàn)在的人基本都會隨時把智能手機(jī)隨身攜帶，智能手環(huán)作為智能穿戴設(shè)備采用藍(lán)牙連接的方式就可以實現(xiàn)與手機(jī)之間的連接與數(shù)據(jù)通信，現(xiàn)在市面上大多數(shù)的智能手環(huán)也是采用藍(lán)牙的方式連接手機(jī)?，F(xiàn)在每一部智能手機(jī)都有藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙的普遍性已經(jīng)可以在任何時間、任何地點連接上智能手機(jī)和其他有藍(lán)牙的智能設(shè)備。藍(lán)牙作為智能手機(jī)的另一種通信方式，方便了便攜式智能設(shè)備的開發(fā)與使用。

為了實現(xiàn)藍(lán)牙傳輸?shù)墓δ?，就必須要知道藍(lán)牙的配對方式，藍(lán)牙芯片分為主機(jī)、從機(jī)、主從一體機(jī)，其中主機(jī)能與從機(jī)通信，從機(jī)也能與主機(jī)通信，但是主機(jī)與主機(jī)不能通信，從機(jī)與從機(jī)也不能通信。本文將智能終端的藍(lán)牙模塊作為主機(jī)，所以才在本文設(shè)計上采用HC-06從機(jī)模塊，這樣可以實現(xiàn)在智能終端進(jìn)行搜索和連接。本文將藍(lán)牙模塊與51單片機(jī)相連。電路圖如下圖所示，選擇單片機(jī)的理由是操作方便可以通過簡單的程序就可以完成相應(yīng)的功能。藍(lán)牙模塊傳輸數(shù)據(jù)是串口傳輸，所以藍(lán)牙模塊的UART_TXD與UART_RXD要與單片機(jī)的串口相連。51單片機(jī)也有串口中斷，所以完成數(shù)據(jù)傳輸就更加簡單方便。

3藍(lán)牙模塊軟件設(shè)計

智能手環(huán)與智能手機(jī)的通信過程是智能手機(jī)與智能手環(huán)建立藍(lán)牙連接后，就可以進(jìn)行藍(lán)牙通信傳輸手環(huán)所記錄的運動數(shù)據(jù)。它們之間的藍(lán)牙通信過程為：首先當(dāng)用戶按照以上方式連接好智能手環(huán)后，由智能手環(huán)主動將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)端，然后根據(jù)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更新手機(jī)端所存儲的數(shù)據(jù)資料并記錄時間。在這個過程中，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)都發(fā)送完畢后，智能手環(huán)將清除自身所存數(shù)據(jù)并停止傳輸，然后在開始記錄新的運動數(shù)據(jù)。

本文軟件設(shè)計采用C語言和Keil進(jìn)行編程，采用51系列單片機(jī)進(jìn)行測試。因為HC-06支持通用的AT指令，所以可以通過單片機(jī)的串口中斷對藍(lán)牙模塊進(jìn)行一系列的操作，同時也方便對系統(tǒng)進(jìn)行更好地進(jìn)行維護(hù)與更新。軟件流程圖如下，首先主從端通過配對碼進(jìn)行配對，如果配對沒有成功則結(jié)束，反之就進(jìn)入串口中斷在串口中斷里進(jìn)行建立連接并發(fā)送數(shù)據(jù) ，最后檢驗數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成，在此之間是使用HC-06的通用AT指令。

4系統(tǒng)測試

本文使用proteus進(jìn)行仿真測試，因為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不便直接觀察，所以就在單片機(jī)P1口接了八個LED通過LED的亮滅來測試程序與是否正確，在從端發(fā)送數(shù)據(jù)0XFE通過主端接收后點亮相應(yīng)的LED燈，具體結(jié)果如下圖所示，從端向主端發(fā)送數(shù)據(jù)，主端接收后將數(shù)據(jù)儲。

5 總結(jié)

從藍(lán)牙發(fā)展至今低功耗藍(lán)牙技術(shù)才于智能穿戴設(shè)備聯(lián)系在一起，現(xiàn)在藍(lán)牙技術(shù)廣泛應(yīng)用在便攜式智能設(shè)備上，我們的生活也在這種不斷進(jìn)步的技術(shù)下悄悄的改變。集成了英國CSR公司BlueCore4-Ext芯片的藍(lán)牙模塊HC-06是專為智能無線數(shù)據(jù)傳輸而打造的藍(lán)牙模塊，并且遵循V2.0+EDR藍(lán)牙協(xié)議。藍(lán)牙模塊HC-06是一款支持多種接口可以應(yīng)用在不同的場合，并且HC-06支持SPP藍(lán)牙串口協(xié)議，具有體積小、成本低、靈敏度高等優(yōu)點。本文將智能手環(huán)藍(lán)牙模塊作為從機(jī)，智能手機(jī)作為主機(jī)，目的是為了使智能手環(huán)與智能手機(jī)通信，實現(xiàn)了對智能手環(huán)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，通過仿真測試，實現(xiàn)了主從機(jī)之間的藍(lán)牙通信。如果想應(yīng)用在手環(huán)上則只需要編寫一個安卓程序在手機(jī)端即可搜索連接手環(huán)端的藍(lán)牙模塊。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】