Kā darbojas Bluetooth modulis?

Bluetooth modulis ir neatkarīga funkcionāla vienība, kas integrē Bluetooth mikroshēmu, radiofrekvenču ķēdi, antenu un nepieciešamo programmatūras protokolu steku. Tas parasti parādās nelielas shēmas plates veidā, nodrošinot standarta saskarnes (piemēram, UART, USB, SPI utt.), kas ļauj galvenajai ierīcei (piemēram, jūsu mikrokontrollerim vai datoram) sazināties ar to, izmantojot vienkāršas instrukcijas, neuztraucoties par sarežģītajām bezvadu sakaru pamatā esošajām detaļām.

Vienkārša analoģija:Bluetooth modulis ir kā "tulkotājs". Jūsu galvenā ierīce (piemēram, mikroshēmas mikrodators) var runāt tikai "mandarīnu" valodā (digitālie signāli), bet bezvadu pasaule runā "Bluetooth" (radio viļņi). Šis tulkotājs ir atbildīgs par "mandarīnu" tulkošanu "Bluetooth valodā" un tā izsūtīšanu. Tajā pašā laikā tas var arī pārtulkot saņemto "Bluetooth valodu" atpakaļ uz "mandarīnu", lai galvenā ierīce varētu to klausīties.

The operation of a Bluetooth module can be divided into four main stages: 1. Standby and broadcasting -> 2. Discovery and Pairing -> 3. Connection and Communication ->4. Datu apmaiņa.

Pirmā fāze: gaidīšanas režīms un apraide
Ieslēgšanas -inicializācija: pēc Bluetooth moduļa ieslēgšanas tiks ielādēta tā programmaparatūra (programmaparatūra) un protokolu steks, pārejot uz atklājamo stāvokli.

Lomas definīcija: Bluetooth ierīcēm sazinoties ir divas galvenās lomas:

Galvenā ierīce: ierīce, kas aktīvi meklē citas ierīces un izveido savienojumu ar tām (piemēram, mobilais tālrunis).

No ierīces: ierīce, kas pasīvi gaida savienojuma izveidi un parasti sūta apraides signālu (piemēram, Bluetooth austiņas, viedās rokassprādzes).

Daudzi moduļi atbalsta galveno{0}}vergu integrēto režīmu.

Apraide: ja modulis ir iestatīts kā vergu ierīce, tas periodiski sūtīs nelielas datu paketes pa konkrētiem apraides kanāliem (kopā 3), it kā kliedzot: "Es esmu šeit, es esmu XXX, nāc un pieslēdzies man!" . Šajā apraides paketē ir norādīta ierīces adrese, nosaukums un cita informācija.

Otrais posms: atklāšana un savienošana pārī
Skenēšana: galvenā ierīce (piemēram, mobilais tālrunis) ieslēgs Bluetooth funkciju un sāks skenēšanu visos apraides kanālos, klausoties šos apraides signālus.

Atklāšana: kad galvenā ierīce saņem apraides paketi no pakārtotās ierīces, tā var redzēt ierīces nosaukumu sarakstā. Šo procesu sauc par "atklāšanu".

Savienojums: mobilo tālruņu sarakstā atlasiet ierīci un noklikšķiniet uz "Savienot". Mobilais tālrunis nosūtīs savienojuma pieprasījumu uz ierīces adresi.

Savienošana pārī: lai nodrošinātu drošu saziņu, starp ierīcēm ir jāizveido uzticības attiecības, un tas ir savienošanas pārī pamatā.

Abas puses apmainīsies ar pagaidu atslēgu.

Lietotājiem var būt jāievada PIN kods (piemēram, 0000 vai 1234), lai pārbaudītu, vai ir izveidots savienojums ar pareizo ierīci.

Pēc veiksmīgas savienošanas pārī abas puses apmainīs un saglabās ilgtermiņa derīgu{0}} saites atslēgu. Nākamajā savienojuma reizē viņi var automātiski un ātri izveidot savienojumu, atkārtoti neievadot PIN kodu.

Trešā fāze: savienojums un komunikācija
Savienojuma izveide: pēc veiksmīgas savienošanas pārī tiek oficiāli izveidots stabils Bluetooth savienojums no punkta{0}}līdz{1}}punktam.

Frekvences{0}}lēciena tehnoloģija: šī ir viena no Bluetooth darbības galvenajām sastāvdaļām. Pēc savienojuma izveides galvenās un pakārtotās ierīces pseido-nejaušajā secībā sinhroni un lielā ātrumā pārslēgs frekvences 79 (klasiskais Bluetooth) vai 40 (mazjaudas Bluetooth) datu kanālos.

Mērķis: ievērojami uzlabot pret{0}}traucējumu spēju. Tā kā Wi-Fi, mikroviļņu krāsnis un citas ierīces darbojas 2,4 GHz frekvenču joslā, ja tiek traucēts noteikts kanāls, tās nekavējoties pāries uz nākamo tīro kanālu, lai turpinātu saziņu, un jūs gandrīz nejūtat aizkavi.

Ceturtā fāze: datu apmaiņa
Pēc savienojuma izveides sākas reāla datu apmaiņa.

• Galvenās ierīces gals

Jūsu lietojumprogramma (piemēram, seriālā porta atkļūdošanas palīgs) ģenerē datus (piemēram, "Sveiki").

Dati tiek nosūtīti uz Bluetooth moduli, izmantojot galvenās ierīces saskarni (piemēram, UART).

• Datu iekapsulēšana

Pēc sākotnējo datu saņemšanas Bluetooth modulis tos tieši nepārraida.

Tā protokolu kaudze iekapsulēs datus slāni pēc slāņa, tāpat kā "iepakojuma ātrā piegāde":

• Lietojumprogrammas slānis: definējiet datu formātu un nozīmi.
• RFCOMM/ATT/GATT: simulē seriālos portus vai definē pakalpojuma/funkciju vērtības, lai nodrošinātu kanālus augšējā -slāņa lietojumprogrammām.
• L2CAP: atbild par datu segmentēšanu un atkārtotu montāžu, lai nodrošinātu lielu datu pakešu drošu pārraidi.
• Pamatjoslas slānis: pārvalda fiziskos savienojumus, šifrēšanu un frekvences{0}}pārlēcienu secības.

Galu galā iepakotie dati tiek pārveidoti radio signālos.

• Bezvadu pārraide

RF ķēde moduļa iekšpusē modulē digitālos signālus 2,4 GHz radioviļņos.

Elektromagnētiskos viļņus izstaro caur antenu.

• No ierīces gala:

Otras puses Bluetooth moduļa antena saņēma šo vājo radiosignālu.

RF ķēde to demodulē atpakaļ uz digitālo signālu.

Protokolu kaudze pēc tam ir kā "paku izpakošana", slānis pēc slāņa izpakojot un noņemot katra slāņa galveni un galu, galu galā atjaunojot sākotnējos "Hello" datus.

Dati tiek pārsūtīti uz palīgierīces galveno kontrolleri (piemēram, uz vienu{0}}čipu mikrodatoru), izmantojot interfeisu (piemēram, UART), un viens mikroshēmas mikrodators var vadīt LED, motoru vai parādīt to ekrānā, pamatojoties uz šiem datiem.

• Protokolu steks: šīs ir Bluetooth moduļa "smadzenes" vai "operētājsistēma", kas īsteno visus sarežģītos noteikumus un procesus, kas definēti Bluetooth tehniskajā specifikācijā. Bez tā modulis ir tikai aparatūras kopums.
• Savienošana pārī un šifrēšana: nodrošiniet saziņas privātumu un drošību, novēršot datu noklausīšanos vai iejaukšanos.
• Enerģijas pārvaldība: īpaši Bluetooth Low Energy tehnoloģija, pateicoties īpaši zemam gaidstāves enerģijas patēriņam, ātrajam savienojumam un darba režīmam "pārraides - miega režīms - pārraidīt", ļauj pogas akumulatoram darboties vairākus gadus.

Bluetooth moduļa darbība būtībā ir bezvadu datu pārraides un saņemšanas process, kas atbilst stingriem protokoliem, ir drošs un izturīgs pret traucējumiem. Tas iekapsulē sarežģītu bezvadu sakaru tehnoloģiju vienkāršā "melnajā kastē". Izstrādātāji var nodrošināt bezvadu datu pārraidi, vienkārši izmantojot seriālā porta instrukcijas, ievērojami samazinot izstrādes grūtības un izmaksas.

Varat to iedomāties kā bezvadu seriālā porta kabeli, kura viens gals ir savienots ar ierīci A un otrs gals ir savienots ar ierīci B. Tie var brīvi sazināties kā vadu savienojums, neizmantojot fiziskus kabeļus.