【经验】低功耗蓝牙模块如何实现数据传输？

时间： 2020-01-15 来源：天工测控

技术问答

物联网的快速发展给我们的工作、生活带来了诸多便利，以往没有连接到网络的终端设备也逐渐在往智能化的方向优化提升，而能够提供低功耗通信功能，实现短距离数据透传的蓝牙模块迅速成为这类设备接入物联网的无线新搭档。本篇BLE4.2/5.0蓝牙模块研发厂家SKYLAB就来简单介绍一下低功耗蓝牙模块是如何实现数据传输的。

蓝牙模块的数据传输

这里要提醒选型中工程师们，虽然都是蓝牙模块，但是低功耗蓝牙模块和传统音频蓝牙模块不一样，不支持音频文件的传输，仅支持数据传输的，而且，低功耗蓝牙采用40个通道传输数据，占用的带宽为 80-MHz（从 2,400 MHz 到 2,480 MHZ），间距 2MHz。

· 广播通道：用于发现/连接从设备的3个通道；

· 数据通道：连接后，可使用37个通道进行跳频传输/接收。

和USB接口的WiFi模块一样，蓝牙模块分主从，做主机的蓝牙模块能够搜索别人并主动建立连接的一方，做从机的蓝牙模块则不能主动建立连接，只能等别人连接自己，一直处于广播状态，等待被扫描；主从一体指能够在主机和从机模式间切换，通过设置进行切换，可以选择工作在主机模式下，也可以选择工作在从机模式下。

低功耗蓝牙模块数据包的传输过程

主设备利用广播数据包向附近的外围设备（从设备）广播（传输）其存在情况。每个广播数据包在每个广播间隔向3个通道发送一个广播，搜索要连接的设备。BT5规范扩展了广播通道规范，额外提供了37个通道用作辅助通道。

一旦主设备和从设备之间建立连接，设备就会通过数据通道彼此发送数据。数据通道采用自适应跳频(AFH)机制来发送数据，在每个连接间隔从一个频率通道切换到另一个频率通道（37 个通道中）。这种方式也称为自适应机制，因为它会避免拥挤的通道，使用已知良好的通道最大限度地避免其他设备的干扰。在等待超时时，AFH机制采用跳频机制跳过因为拥挤而阻塞的通道，由此实现数据持续传输。即使有些通道被占用，设备也可以通过跳至空闲通道来持续通信。

广播状态和互联通信状态

通过广播，一个设备可向附近外围设备通告其存在情况。在互连状态传输中，设备定期接收和传输数据。应用数据在客户端/服务器模型中传输。可以使用以下六种数据包类型。

蓝牙通信协议的客户端服务端模型

由于客户端和服务器在互连传输时共享数据，所以通用属性配置文件或 GATT 数据库定义在服务器中。

GATT 数据库按最小属性单位的形式构建，其中每个单位均包含以下信息：

• 句柄：16 位索引，供客户端用来访问数据。

• 类型：指示数据类型，用 UUID（通用唯一标识符）标识。

• 值：实际数据。

GATT 属性通过特征声明、特征值和特征描述符定义。这些属性共同构成特征，即互连传输时共享的数据。服务器会收集所有特征，将它们组织成服务，并以 GATT 数据库形式提供给客户端。

建立连接后，客户端则会从服务器数据库获取服务信息，以获取属性句柄。然后，客户端将使用该句柄访问数据库。（文章来源于网络）

GATT数据库结构

从应用领域来看，支持数据传输的低功耗蓝牙模块的应用不断扩展，从运动和健身装备中的可穿戴设备到家用电器、建筑、工业设备、玩具和PC外围设备，SKYLAB蓝牙软件、硬件研发团队基于Nordic方案推出了多款蓝牙模块、蓝牙室内定位硬件产品。

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