藍牙是一種新興無線通訊技術(shù)是一個標準的無線通訊協(xié)議，可實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)和語音通信。基于低成本設(shè)備的收發(fā)器芯片，可做近距離的無線連接，為固定和移動設(shè)備監(jiān)理通信環(huán)境的一種近距離無線連接技術(shù)。其中，BLE藍牙模塊憑借工業(yè)級，低功耗，高性能的特性在民用領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)各類設(shè)備中穩(wěn)占一席。

BLE藍牙模塊

BLE藍牙模塊：ZXW BLE藍牙模塊根據(jù)藍牙標準分為4.0BLE藍牙模塊、4.2BLE藍牙模塊、5.0BLE藍牙模塊、5.2BLE藍牙模塊，目前基于BLE藍牙模塊的成熟方案有智能燈控方案、智能鎖方案、MAC地址二維碼掃描打印方案、以及基于藍牙的室內(nèi)定位方案。目前BLE藍牙模塊已經(jīng)廣泛應(yīng)用于定位標簽，資產(chǎn)跟蹤，運動及健身傳感器，醫(yī)療傳感器，智能手表，遙控器，玩具等產(chǎn)品中。尤其藍牙5.0是針對物連網(wǎng)、智能家電、穿戴設(shè)備規(guī)范所制定的技術(shù)規(guī)范，在這些領(lǐng)域領(lǐng)先WiFi。

BLE藍牙模塊的工作原理

1、藍牙模塊主從關(guān)系

藍牙技術(shù)規(guī)定每一對設(shè)備之間進行藍牙通訊時，藍牙模塊必須一個為主角色，另一藍牙模塊為從角色，才能進行通信，通信時，必須由主端進行查找，發(fā)起配對，建鏈成功后，雙方即可收發(fā)數(shù)據(jù)。一個具備藍牙通訊功能的設(shè)備，可以在兩個角色間切換，平時工作在從模式，等待其它主設(shè)備來連接，需要時，轉(zhuǎn)換為主模式，向其它設(shè)備發(fā)起呼叫。一個藍牙設(shè)備以主模式發(fā)起呼叫時，需要知道對方的藍牙地址，配對密碼等信息，配對完成后，可直接發(fā)起呼叫。

2、藍牙模塊呼叫過程

藍牙主端設(shè)備發(fā)起呼叫，首先是查找，找出周圍處于可被查找的藍牙設(shè)備。主端設(shè)備找到從端藍牙設(shè)備后，與從端藍牙設(shè)備進行配對，此時需要輸入從端設(shè)備的PIN碼，也有設(shè)備不需要輸入PIN碼。

配對完成后，從端藍牙設(shè)備會記錄主端設(shè)備的信任信息，此時主端即可向從端設(shè)備發(fā)起呼叫，已配對的設(shè)備在下次呼叫時，不再需要重新配對。已配對的設(shè)備，做為從端的藍牙耳機也可以發(fā)起建鏈請求，但做數(shù)據(jù)通訊的藍牙模塊一般不發(fā)起呼叫。

鏈路建立成功后，主從兩端之間即可進行雙向的數(shù)據(jù)或語音通訊。在通信狀態(tài)下，主端和從端設(shè)備都可以發(fā)起斷鏈，斷開藍牙鏈路。

3、藍牙數(shù)據(jù)傳輸

藍牙數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，一對一串口數(shù)據(jù)通訊是最常見的應(yīng)用之一，藍牙模塊在出廠前即提前設(shè)好兩個藍牙模塊之間的配對信息，主端預(yù)存有從端設(shè)備的PIN碼、地址等，兩端設(shè)備加電即自動建鏈，透明串口傳輸，無需外圍電路干預(yù)。

一對一應(yīng)用中從端設(shè)備可以設(shè)為兩種類型，一是靜默狀態(tài)，即只能與指定的主端通信，不被別的藍牙設(shè)備查找；二是開發(fā)狀態(tài)，既可被指定主端查找，也可以被別的藍牙設(shè)備查找建鏈。

BLE藍牙模塊工作模式

藍牙設(shè)備在各種應(yīng)用場景扮演著不同的角色，而藍牙應(yīng)用場景與其工作模式息息相關(guān)。BLE藍牙模塊一共有兩個主要工作角色，分別是主機和從機，其中做主機的藍牙模塊又分為掃描者，發(fā)起連接者和數(shù)據(jù)客戶端，而做從機的藍牙模塊又分為廣播者，被動連接者和數(shù)據(jù)服務(wù)器。

BLE藍牙模塊有7個主要工作模式，分別是工程師最為熟悉的主機模式，從機模式，主從一體，廣播者，觀察者，iBeacon模式，Mesh組網(wǎng)模式。

1、主機模式

負責(zé)掃描并發(fā)起建立請求的設(shè)備，可以和一個或多個從設(shè)備進行連接通信

定期的掃描周圍的廣播狀態(tài)設(shè)備發(fā)送的廣播信息，可以對周圍設(shè)備進行搜索并選擇所需要連接的從設(shè)備進行配對連接；

需要知道從設(shè)備的mac地址，配對密碼等信息，配對完成后，可直接連接，建立通信鏈路成功后，主從雙方就可以發(fā)送接收數(shù)據(jù)；

主設(shè)備可以設(shè)置默認連接從設(shè)備的mac地址；

支持白名單功能，模塊搜索到符合白名單的設(shè)備時就進行連接；

主設(shè)備找到從設(shè)備后，與從設(shè)備進行配對，此時需要輸入從設(shè)備的PIN碼；

主從透傳協(xié)議相同時，只需通過簡單的參數(shù)設(shè)置，即可實現(xiàn)主設(shè)備串口與從設(shè)備串口之間的數(shù)據(jù)透傳；

支持斷線重連功能，當(dāng)異常干擾問題消失，模塊工作環(huán)境恢復(fù)正常，主設(shè)備會自動搜索剛剛斷連的從設(shè)備，盡可能減少數(shù)據(jù)的丟失，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2、從機模式

負責(zé)廣播并接受連接請求的設(shè)備，不能主動的建立連接，智能等待別人來連接

從設(shè)備首先進入廣播狀態(tài)，等待被主機搜索，當(dāng)主機掃描到從設(shè)備建立連接后，就可以和主機設(shè)備進行數(shù)據(jù)的收發(fā)；

從設(shè)備模式的藍牙模塊是可以被連接的，定期的和主機進行連接和數(shù)據(jù)傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸過程中作從機；

一對一應(yīng)用中從設(shè)備可以設(shè)為兩種類型，一是靜默狀態(tài)，即只能與指定的主設(shè)備通信，不被別的藍牙設(shè)備查找；二是開發(fā)狀態(tài)，既可被指定主設(shè)備查找，也可以被別的藍牙設(shè)備查找后建立連接；

從設(shè)備模式下，用戶可以根據(jù)協(xié)議自己開發(fā)APP。此模式下包含一個串口收發(fā)的Service，用戶可以通過UUID找到它，里面有兩個通道，分別是讀和寫。用戶可以操作這兩個通道進行數(shù)據(jù)的傳輸；

在通信狀態(tài)下，主設(shè)備和從設(shè)備都可以發(fā)起斷鏈，即斷開藍牙鏈路。

3、主從一體工作模式

可以同時作為主設(shè)備和從設(shè)備，在藍牙4.1協(xié)議規(guī)范后，添加了“鏈路拓撲”的功能，發(fā)揮中繼器的作用

藍牙模塊允許同時作為主設(shè)備和從設(shè)備，在任何角色組合中操作；

外圍的從節(jié)點設(shè)備信息可以不局限在本地保存，通過主從一體的藍牙模塊發(fā)揮中繼器的作用，搜集后上傳給云端或集中控制器保存或顯示；

主從一體額外增加了藍牙模塊的功能，成本優(yōu)化和易用性； 如果藍牙模塊以前在封閉系統(tǒng)中作為主設(shè)備工作，那現(xiàn)在還可以同時作為從機連接到智能手機，從而實現(xiàn)新的連接維度；

4、廣播者工作模式

藍牙4.0以上設(shè)備必須支持的功能，一對多發(fā)送，周期性的向周圍設(shè)備廣播固定長度數(shù)據(jù)，向外廣播自己的mac地址，名稱以及支持的特性，主要是用于被其他的設(shè)備發(fā)現(xiàn)，而不是進行數(shù)據(jù)發(fā)送

模塊可以在低功耗的模式下持續(xù)的進行廣播，應(yīng)用于極低功耗，小數(shù)據(jù)量，單向傳輸?shù)膽?yīng)用場合。藍牙廣播通道的重要功能就是是用于發(fā)現(xiàn)設(shè)備，發(fā)起連接和發(fā)放數(shù)據(jù)；

藍牙的廣播一般是向外廣播自己的mac地址、名稱以及支持的特性，廣播主要是用于被其它的設(shè)備發(fā)現(xiàn)，而不是進行數(shù)據(jù)發(fā)送的；

廣播數(shù)據(jù)包有兩種：廣播包（Advertising Data）和響應(yīng)包（Scan Response），其中廣播包是每個設(shè)備必須廣播的，而響應(yīng)包是可選的，每個包長度都是固定字節(jié)N，數(shù)據(jù)包的長度N隨著藍牙協(xié)議的標準提高而擴容；

廣播模式主要有兩種使用場景：（1）單一方向的、無連接的數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)發(fā)送者在廣播信道上廣播數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收者掃描、接收數(shù)據(jù)；廣播者”將用作服務(wù)器。（2）面向連接的建立，如藍牙從設(shè)備廣播消息后由主設(shè)備搜索到后進行連接，廣播者和從設(shè)備模式的唯一區(qū)別是不能被主機連接，只能廣播數(shù)據(jù)。

5、觀察者工作模式

一對多接收 監(jiān)聽和讀取空中的廣播數(shù)據(jù) 不能發(fā)起數(shù)據(jù)，只能持續(xù)掃描從機

觀察者模式，該模式下模塊為非連接；

應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集集中器的應(yīng)用場合，如傳感器集中器采集等功能；

藍牙網(wǎng)關(guān)，藍牙模塊處于觀察者模式，無廣播，它可以掃描周圍的廣播設(shè)備，但不能要求與廣播設(shè)備連接。

6、iBeacon工作模式

藍牙4.0規(guī)范的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的微定位技術(shù)，低功耗的藍牙信標，使用的是BLE技術(shù)，一種廣播模式，同時它也是擁有這個協(xié)議的一款低功耗藍牙設(shè)備（從機），工作在廣播模式，向周圍進行聯(lián)系下廣播，所有廣播數(shù)據(jù)在特定規(guī)則下進行排列

工作在廣播模式，利用的是BLE中名為“通告幀”（Advertising）的廣播幀。通告幀是定期發(fā)送的幀，只要是支持BLE的設(shè)備就可以接收到；

廣播的發(fā)射功率可以調(diào)整，不停的廣播藍牙設(shè)備的mac地址、UUID等固定字節(jié)的字符串等信息，接收到該字符串應(yīng)用軟件會根據(jù)該字符串采取一些措施；

不能和任何低功耗藍牙主機進行連接，通常是放在室內(nèi)的某個固定位置，借此向周圍進行連續(xù)性廣播，所有廣播數(shù)據(jù)在特定規(guī)則下進行排列。

7、Mesh組網(wǎng)工作模式

兼容4及5系列藍牙協(xié)議,實現(xiàn)“多對多”的設(shè)備通信，大規(guī)模組網(wǎng),每個網(wǎng)絡(luò)可以連接理論最大65536個節(jié)點,不需要網(wǎng)關(guān)，每一個節(jié)點都可以作為AP和路由器

把藍牙設(shè)備作為信號中繼站，利用低功耗藍牙廣播的方式進行信息收發(fā)，藍牙Mesh技術(shù)拓展了藍牙的通訊關(guān)系，打破了以往藍牙設(shè)備只能夠主從一對一、廣播一對多通信的限制，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的藍牙設(shè)備可以實現(xiàn)“多對多”的設(shè)備通信；

通信時，當(dāng)某個節(jié)點損壞或者堵塞時，可以自動繞過該節(jié)點，重新選擇路徑達到目的地，可以讓網(wǎng)絡(luò)更高效可靠； 每個節(jié)點都可以發(fā)送、接收、轉(zhuǎn)發(fā)消息。消息可以在Mesh網(wǎng)絡(luò)中被轉(zhuǎn)發(fā)從而到達更遠的距離；

在智能家居、智能建筑等眾多領(lǐng)域具有應(yīng)用優(yōu)勢，藍牙Mesh技術(shù)將成為物聯(lián)網(wǎng)短距離規(guī)模組網(wǎng)的最優(yōu)方案。

目前藍牙技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于智能家居、消費電子、智慧醫(yī)療、汽車、智能穿戴設(shè)備和智能建筑設(shè)備在內(nèi)的所有物聯(lián)網(wǎng)智能產(chǎn)品中，加速人與萬物互動的步伐。應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域內(nèi)的藍牙模塊基本都屬于低功耗藍牙模塊，除上述應(yīng)用外，藍牙模塊還可應(yīng)用于家庭物聯(lián)網(wǎng)、車輛控制、彩燈控制方案、樓宇管理、超市商品Beacon推廣等領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇