【经验】全方位解析蓝牙模块的原理、应用及选择注意事项

时间： 2022-03-06 来源：天工测控

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蓝牙技术提供了各种设备之间的连接解决方案，包括移动电话、耳机、鼠标、笔记本电脑和其他此类设备。这是许多需要短距离连接设备使用的常用技术。多年来，蓝牙技术在物联网网络连接和M2M通信应用中的短距离固定语音流中得到了极大的扩展。大多数设备都内置了蓝牙技术，还可以将外部蓝牙模块与非蓝牙设备配对。现代蓝牙的功能更加灵活且速度极快。

在本文中，天工测控将讨论蓝牙技术的概述和历史，还将讨论蓝牙模块的范围和其他功能，以便更好地理解。但在我们讨论其他任何事情之前，让我们通过解释这项技术开始讨论。

关于蓝牙模块技术

它是一种低功耗、高速的无线技术，可将智能手机或其他便携式设备连接在一起。它是IEEE 802.15.1规范，用于利用无线电通信（低功率）来连接网络设备，包括在没有电线的情况下短距离连接计算机和手机。蓝牙模块通过传输高达10米( 30英尺)的无线信号实现短距离通信。它是通过将收发器（低成本）嵌入到设备中来实现的。

蓝牙技术支持2.45GHz频段。并且，它支持高达721Kb/s的3个语音通道。但是，在科学、医疗和工业设备中使用的协议中，该频率在国际上受到限制。它能够同时连接多达8个设备。每台设备都将提供IEEE802标准的48位唯一地址，具有多点或点对点连接。蓝牙模块是提供无线产品以与计算机一起运行的硬件组件。在少数情况下，它可以是外围设备或配件、耳机或其他产品，如手机。

蓝牙技术简史

蓝牙技术以丹麦国王和维京人哈拉尔德·布拉兰德的名字命名。在英文词典中，国王的姓氏的意思是“蓝牙”。蓝牙技术于1994年由爱立信移动公司发起的一项任务开发而成。这项任务的动机是寻找一种替代电缆来连接其他设备和移动电话的方法。1998年，爱立信、东芝、诺基亚和IBM等公司组成了蓝牙SIG，并于1999年发布了蓝牙的第一个版本。

蓝牙的第一个版本具有1Mb/s数据速率和1.2标准。下一个蓝牙版本的数据速率为3Mb/s，是2.0+ERD标准。之后，第三个版本以3.2+HS标准将其速度提高到24Mb/s。当今市场上可用的最新蓝牙版本是速度为25Mb/s的4.0版本。

查找蓝牙模块的范围

蓝牙技术使开发人员能够设计出满足其特定用例要求的无线设备。尽管许多流行的蓝牙应用（例如可穿戴设备和音频流）都是为短距离连接而设计的，但这并不意味着该技术的范围存在某些限制。普通蓝牙模块的连接范围可达8-10米。但是，该技术也可以连接千米距离范围内的设备。多种因素有助于确定更远距离的信号可靠性和范围。让我们快速浏览一下必须了解的最重要因素。

1.无线电频谱

无线电频谱可以从30Hz扩展到300GHz。最低频率提供最长范围。但是，蓝牙频率越低，对数据速率的支持越低。因此，选择无线电频谱意味着您必须在数据速率和范围之间做出妥协。

蓝牙技术使用2400-2483.5MHz ISM频带频谱(2.4GHz)。它允许在吞吐量和范围之间实现可靠的平衡。此外，2.4GHz频段在全球范围内可用。因此，它成为一个很好的低功耗无线连接标准。

2.传输功率

假设发射功率就像您的音量。如果你大声说话，人们就能从很远的地方听到你的声音。然而，大声说话会消耗更多的能量。发射功率的情况也是如此。选择发射功率级别是功耗和范围之间的设计折衷。更高的发射功率意味着信号将到达更远的距离。

但是，随着发射功率的增加，设备的功耗将变大。蓝牙技术支持的发射功率介于0.01 mW (-20 dBm)至100 mW (+20 dBm)之间。选择发射功率取决于您在蓝牙范围和功耗之间的取舍。

3.接收器灵敏度

根据PHY标准，蓝牙技术要求设备必须达到至少-70dBm至-82dBm的接收器灵敏度。然而，蓝牙的实现通常可以达到至少95dBm的更高水平的接收器灵敏度。

假设接收器灵敏度是衡量您听力质量的标准。接收器灵敏度测量接收器解析的信号强度。更准确地说，它是接收器检测无线电信号并保持连接的最低功率水平，同时仍能解调数据。

4.其他因素

除了上述讨论的因素外，还有一些其他因素，例如天线增益、PHY和路径损耗。所有这些因素都对确定蓝牙的范围起着重要作用。

蓝牙模块应用

蓝牙模块在许多应用中具有不同的用途。下面是几个蓝牙模块应用的例子。

1.灯按钮控制器

以控制一个灯开关的紧凑型微控制器为例。微控制器的串口连接一个模块，而数字生产线运行控制灯的继电器。远程主机按下“ON”文本使继电器打开，按下“Off”文本使继电器关闭。

2.数据记录器

数据记录器收集远程站点上的重要数据。然后，使用支持蓝牙的手机将这些数据发送到中央站点。假设您使用电话02084459099访问一个远程站点，并且与调制解调器连接的计算机将信息记录到一张表中。

因此，数据记录器所需要的只是打开连接并发送与收集到的数据相对应的文本信息。假设记录器识别出了手机的蓝牙地址，并公开了一个串口配置文件，通过该配置文件可以访问AT调制解调器。因此，数据记录器是这些模块发挥不可或缺作用的另一个例子。

3.可信设备管理

蓝牙在通过链接密钥建立安全连接方面也发挥着关键作用。这些密钥是通过设备的蓝牙地址为每个蓝牙设备唯一创建的128位实体。由于蓝牙的所有地址都是唯一的，因此有助于创建唯一的密钥。链接密钥是私有实体，它们从不通过AT接口公开。它们始终保留在蓝牙模块内。

因此，模块允许通过使用蓝牙地址作为句柄来管理链接密钥。设备中有链接密钥数据库，数据库中的每条记录都包含两个字段。第一个字段保存蓝牙的地址，而另一个字段保存一个128位的链接密钥。我们只能看到字段地址。

4.支持蓝牙的DUN调制解调器

您希望蓝牙启用您的额外串行模型并为范围内的 PC 或 PDA 提供 Dune Profile（拨号网络）。此外，您还希望确保其他用户只能在配对后才能使用服务。

您必须将调制解调器插入电话的插座并将模块连接到调制解调器的串行端口。这样做可以在家中的任何地方提供互联网访问，在那里有人可以访问蓝牙规范中定义的配置文件。您必须根据特定的AT命令准备模块，并通过适配器电缆将模块连接到调制解调器。因此，这是使用蓝牙模块的另一个实例。

除了上述应用之外，模块的蓝牙适配器还有许多其他用例。其他一些示例包括用于模块的远程主机调制解调器、通过配对更换车辆电缆以及蓝牙耳机。

选择蓝牙模块前需要了解的事项

蓝牙模块有多种类型和尺寸。大多数智能设备制造商在根据产品选择蓝牙模块时都会感到困惑。正确模块的选择取决于制造商生产的情况和产品。下面，有正确购买模块的首要考虑因素，在寻找正确的模块时必须牢记这些。

芯片组

首先要考虑的是芯片组。它决定了模块的计算能力。没有坚固的核心，我们无法保证蓝牙的模块性能。芯片组最好搭配Ti、Nordic、CRS等，如果选择了低功耗模块。许多信誉良好的制造商提供采用CRS、Nordic和Ti芯片组的高质量模块。

能量消耗

在市场上，有两种蓝牙类型可用，即低功耗蓝牙和传统蓝牙。传统的模组智能设备经常掉线。需要经常配对，所以设备的电池会很快耗尽。另一方面，低能耗模块设备只需要单一连接。这些设备由运行时间更长的干电池供电。因此，最好使用4.0/4.2/5.0低能耗模块，以确保产品的长期使用。

传输内容

蓝牙模块可以无线传输数据。根据这样的模块，出现了数据模块或语音模块。数据模块适用于医院、广场、车站、展会等人流量大的公共区域的数据和信息传输。另一方面，语音模块适用于蓝牙耳机与手机之间的语音信息传输。

传输速率

在选择蓝牙模块时，了解模块的应用并利用工作状态所需的数据传输速率作为选择标准变得至关重要。监测心跳所需的数据与向耳机传输优质音乐所需的数据之间存在差异。

工作范围

所有制造商都必须了解他们的产品将在什么情况下工作。必须知道他们是否需要短程传输或远距离传输。

无线产品，如遥控器、无线耳机、无线鼠标等，都有不同的工作范围。例如，制造商可以根据他们的产品类型在10米到50米的范围内进行选择。

封装形式

蓝牙模块共有三种类型；表面贴装型、串行端口型和直插型。在线模块具有预焊引脚，非常适合小批量生产。表面贴装模块利用半圆形焊盘为相对较小的载体进行更大容量的回流焊接。第三种类型，串行端口适配器，在将模块插入设备很麻烦的情况下使用。可以直接插入设备的9针串口。

界面

模块接口包括串口、模拟IO口、数字IO口、编程SPI口、语音接口、USB接口。重要的是要知道不同的接口可能执行不同的功能。如果仅用于数据传输，使用TTL级串行接口是完全可以的。

主从模块

可自动寻找蓝牙版本较低或相同的蓝牙模块。它被动地等待主机的搜索并在此之后建立连接。常见的智能设备都是选用的从模块。另一方面，主模块非常适用于手机等也可用作控制中心的设备。还有一些其他重要因素，例如天线和价格。不同的产品有不同的天线需求。PCB天线和陶瓷天线是目前市场上最受欢迎的选择。根据您的产品对可用模块进行彻底研究非常重要。只有考虑了我们刚刚讨论的所有重要因素，您才能选择最佳模块。

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