巡线小车项目 - 蓝牙通讯 - 《STC8增强型单片机开发》

学习目标
学习内容
练习题

学习目标

理解原理图
理解蓝牙调试的流程
能够编写串口转蓝牙的驱动

学习内容

蓝牙协议
蓝牙协议是一个很丰富的协议，总体可以分为：
基础协议(Basic Rate/Enhanced Data Rate，BR/EDR)：也称为蓝牙经典蓝牙协议，使用2.4GHz频段进行通信，支持点对点、广播和组播通信等。
高速协议(Bluetooth High Speed，HS)：支持3种速率，分别为1Mbps、2Mbps和3Mbps，主要用于数据传输。
低功耗蓝牙协议(Bluetooth Low Energy，BLE)：也称为蓝牙智能协议，主要用于低功耗应用场景，例如传感器、健康监测设备、智能家居等。
蓝牙Mesh协议：一种基于蓝牙技术的无线Mesh网络协议，适用于物联网设备间的通信。

对于基础协议(Basic Rate/Enhanced Data Rate，BR/EDR)，可以具体分为以下几个协议栈:

L2CAP（逻辑链路控制和适配协议）：提供数据报文的封装和多路复用等功能。
RFCOMM（无线串行端口协议）：提供类似于串口的数据通信服务。
SDP（服务发现协议）：用于设备间的服务发现和信息查询。
GAP（通用访问协议）：提供设备发现、连接和配对等基础功能。
GATT（通用属性协议）：提供设备间的数据交换服务。

我们今天要学习的蓝牙模组的SPP模式，就是这个基础协议中的RFCOMM协议。

SPP (Serial Port Profile):
SPP代表串口配置文件，它是蓝牙技术中的传统蓝牙协议之一。SPP旨在模拟传统的串口通信，使设备能够通过蓝牙建立虚拟的串口连接，并通过该连接进行数据传输。这种协议通常用于传输简单的串行数据，例如从一个设备向另一个设备发送文本、命令或其他基本数据。

BLE (Bluetooth Low Energy):
BLE代表低功耗蓝牙，也被称为蓝牙4.0或蓝牙Smart。它是蓝牙技术的另一种变体，专门设计用于低功耗设备之间的通信。BLE主要用于与物联网（IoT）设备、传感器、健康设备和其他需要低功耗和较短通信距离的设备进行通信。相比传统的蓝牙，BLE在连接过程和数据传输中消耗更少的能量。

对于低功耗蓝牙协议(BLE)，它使用的协议栈与经典蓝牙协议(BR/EDR)不同，主要由以下4层协议组成：

Physical Layer（物理层）：处理无线信号的收发和解调等任务。
Link Layer（链路层）：处理广播、扫描、连接和通信等任务。
Attribute Protocol（属性协议）：基于GATT协议实现，用于管理设备之间的数据交换。
Generic Access Profile（通用访问协议）：提供设备发现、连接和配对等基础功能。

BLE是蓝牙4.0提出的低功耗解决方案，今天学习的模组也是支持的，不过需要设备端额外的进行开发。

蓝牙Mesh协议是基于BLE的，属于多设备组网协议。

主从设备

蓝牙设备间进行连接，我们称为配对。配对的双方分主(Master)从(Slave)。
蓝牙连接的设备分为主设备（Master）和从设备（Slave），主设备负责发起连接请求，而从设备则负责响应连接请求。
在蓝牙传输数据的时候，主设备扮演着控制角色，负责传输控制信号和数据，从设备则被动地接受控制信号和数据。主设备可以连接多个从设备，但每个从设备只能连接一个主设备。

在蓝牙连接中，主设备需要具备扫描和连接两个基本功能，扫描功能用于搜索周围的蓝牙设备，连接功能用于和蓝牙设备建立连接并传输数据。从设备则只需要具备连接功能。
在蓝牙4.0之后，新增了低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy, BLE）协议，它也被称为蓝牙Smart。相比于传统的蓝牙，BLE具有低功耗、短距离、低速率等特点，可以用于物联网等需要长时间运行、低功耗的应用场景。在BLE中，主设备和从设备没有严格的区分，设备可以在不同的时间扮演主设备或从设备的角色，称之为主从切换（Master-Slave Switching）。

原理图

我们的开发板是通过串口进行通讯的。

蓝牙模组JDY-33

JDY-33 蓝牙基于蓝牙 3.0 SPP+BLE 设计，这样可以支持 Windows、Linux、android、IOS 数据透传，工作频段 2.4GHZ，调制方式 GFSK，最大发射功率 6db，最大发射距离 30 米，支持用户通过 AT 命令修改设备名、波特率等指令，方便快捷使用灵活.
详情见模组手册：
JDY-33-V2.2蓝牙SPP串口透传模块手册.pdf
JDY-33-V2.2带底板手册.pdf

蓝牙模块调试测路

上图为完整的开发调试过程中，交互的设备关系图。
其中我们的开发板中包括了MCU和蓝牙模组，和蓝牙模组通讯采用的是串口，在当前开发板中采用的是串口2.
我们在开发过程中，如果要对开发板进行打印输出调试，采用的时串口1。
开发板中的蓝牙模组可以和其他蓝牙设备配对，两个设备可以进行相互通讯。

AT指令测试

AT是Attention的缩写，表示指令开始信号。AT指令集常见于通讯设备的内部控制指令。如蓝牙、WIFI模块等等。
当前的蓝牙模块可以通过AT指令来获取或者设置一些信息。我们需要通过发送AT指令的方式来进行操作，因此我们需要一个调试环境，下图中，我们使用PC进行调试：

PC端通过串口1将AT指令发送给我们的MCU，MCU收到指令后，通过串口2转给蓝牙模组，这样就间接的通过PC来调试蓝牙模组了。
通过调试工具进行测试：

注意：AT指令结束需要加上换行符号，否则蓝牙模组不会应答数据。

测试指令

AT

+Ok

查询版本号

AT+VERSION

+VERSION=JDY-33-V2.23,Bluetooth V3.0+BLE

响应中包含了当前模组的版本信息

查询连接状态
```
AT+STAT
```
```
+STAT=00
```
00：表示没有连接
01：表示BLE连接
02：表示SPP连接

设置深度睡眠
当没有和其他蓝牙设备连接时，可以设置深度睡眠
```
AT+SLEEP
```
```
+Ok
```
如果设置了深度睡眠，蓝牙模组就停止工作，其他指令将不再有响应。
如果要重新激活蓝牙模组，需要触发蓝牙的EN引脚为下降沿，这样蓝牙模组又可以工作。

波特率查询和设置
当没有和其他蓝牙设备连接时，可以查询波特率
```
AT+BAUD
```
```
+BAUD=4
```
2：2400
3：4800
4：9600
5：19200
6：38400
7：57600
8：115200
9：128000
A：230400
B：256000

默认：9600

AT+BAUD4

+OK

命令后面的数字参考上面对应的波特率
设置完成后，波特率会固化到模组的存储中，即使断电重启，也不会发生变化。因此要注意波特率配置的值，否则将无法联通成功

SPP广播名称查询和设置
```
AT+NAME
```
```
+NAME=JDY-33-SPP
```
默认名称为JDY-33-SPP
```
AT+NAMEitheima
```
```
+OK
```
name 后面是SPP广播名称
配置完成后，重启生效

SPP蓝牙配对密码查询和设置
```
AT+PIN
```
```
+PIN=1234
```
查询结果为配对密码
```
AT+PIN8888
```
```
+OK
```
配置完成后，重启生效

复位
```
AT+RESET
```
```
+OK
```
断开指令
```
AT+DISC
```
```
+OK
```
恢复出厂设置
```
AT+DEFAULT
```
```
+Ok
```

蓝牙设备间通讯

我们的蓝牙模组做为蓝牙设备的一方，需要和其他蓝牙设备进行通讯

其他设备可以是电脑，手机等等，具有蓝牙模块的设备。
为了调试方便，我们使用我们的笔记本电脑进行调试，现在的笔记本电脑都有蓝牙模块。

笔记本蓝牙调试

我们要调试的是开发板端和笔记本蓝牙端的通讯。我们为了方便调试，我们对两端提供一些调试便利。
我们先看开发板端的调试方式:

其实更具体点，应该是通过PC端的串口调试工具进行给蓝牙模组进行调试。

接下来我们看看蓝牙设备端部分，如果要调试设备端的蓝牙通讯，同样需要有工具进行调试。

如果将两者串起来就是一套完整的测试链：

设备端蓝牙转串口配置

打开设置中的蓝牙按照下图，将笔记本的蓝牙和开发板的蓝牙进行配对。

PIN值为1234，输入，然后点击连接。

配对完成后。我们的开发板和笔记本的蓝牙就联通了，为了调试方便，需要将笔记本的蓝牙转换成串口。

通过串口调试笔记本端的蓝牙和开发板的蓝牙

手机蓝牙调试

下载蓝牙调试宝，进行调试

找到JDY-33-SPP点击连接

输入配对密码1234

通过调试界面进行调试。

蓝牙驱动编写

开发板中，通过串口进行蓝牙数据的读写，因此，只需要做好读写操作即可.

#ifndef __BLUETOOTH_H__
#define __BLUETOOTH_H__
#include "config.h"
#include "UART.h"
#define BT_EN            P03
#define BT_RXD        P10
#define BT_TXD        P11
#define BT_STATE    P02
#define BT_PIN_INIT() {P0M0 &= ~0x0c; P0M1 &= ~0x0c; P1M0 &= ~0x03; P1M1 &= ~0x03;}    
void BT_init();
void BT_send(u8 dat);
void BT_recv();
extern void BT_on_recv(u8 dat);
#endif

#include "Bluetooth.h"
static void UART_config(void) {
    COMx_InitDefine        COMx_InitStructure;                    //结构定义
    COMx_InitStructure.UART_Mode      = UART_8bit_BRTx;    //模式, UART_ShiftRight,UART_8bit_BRTx,UART_9bit,UART_9bit_BRTx
    COMx_InitStructure.UART_BRT_Use   = BRT_Timer2;            //选择波特率发生器, BRT_Timer1, BRT_Timer2 (注意: 串口2固定使用BRT_Timer2)
    COMx_InitStructure.UART_BaudRate  = 9600ul;            //波特率, 一般 110 ~ 115200
    COMx_InitStructure.UART_RxEnable  = ENABLE;                //接收允许,   ENABLE或DISABLE
    COMx_InitStructure.BaudRateDouble = DISABLE;            //波特率加倍, ENABLE或DISABLE
    COMx_InitStructure.UART_Interrupt = ENABLE;                //中断允许,   ENABLE或DISABLE
    COMx_InitStructure.UART_Priority  = Priority_0;            //指定中断优先级(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3
    COMx_InitStructure.UART_P_SW      = UART2_SW_P10_P11;    //切换端口,   UART1_SW_P30_P31,UART1_SW_P36_P37,UART1_SW_P16_P17,UART1_SW_P43_P44
    UART_Configuration(UART2, &COMx_InitStructure);        //初始化串口1 UART1,UART2,UART3,UART4
}
void BT_init() {
    BT_PIN_INIT();
    UART_config();
}
void BT_send(u8 dat) {
}
void BT_recv() {
        u8 i;
    if(COM2.RX_TimeOut > 0) {
        //超时计数
        if(--COM2.RX_TimeOut == 0) {
            if(COM2.RX_Cnt > 0) {
                for(i=0; i<COM2.RX_Cnt; i++)    {
                    // TODO: RX2_Buffer[i]存的是接收的数据
                    // TODO: 做具体的逻辑
                    BT_on_recv(RX2_Buffer[i]);
                }
            }
            COM2.RX_Cnt = 0;
        }
    }
}

练习题

通过蓝牙串口发送消息给小车，控制小车运动。

蓝牙通讯

学习目标

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蓝牙协议

主从设备

原理图

蓝牙模组JDY-33

蓝牙模块调试测路

AT指令测试

测试指令

查询版本号

查询连接状态

设置深度睡眠

波特率查询和设置

SPP广播名称查询和设置

SPP蓝牙配对密码查询和设置

复位

断开指令

恢复出厂设置

蓝牙设备间通讯

笔记本蓝牙调试

设备端蓝牙转串口配置

手机蓝牙调试

蓝牙驱动编写

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