[Eingehende Analyse] Vermitteln Sie den Arbeitsmodus des BLE-Bluetooth-Moduls

Bluetooth ist eine neue drahtlose Kommunikationstechnologie, ein standardmäßiges drahtloses Kommunikationsprotokoll, das drahtlose Daten- und Sprachkommunikation realisieren kann. Auf kostengünstigen Geräten basierende Transceiver-Chips können für drahtlose Verbindungen mit kurzer Reichweite verwendet werden, eine drahtlose Verbindungstechnologie mit kurzer Reichweite für feste und mobile Geräte zur Überwachung von Kommunikationsumgebungen. Unter ihnen nimmt das BLE-Bluetooth-Modul aufgrund seiner Industriequalität, seines geringen Stromverbrauchs und seiner hohen Leistungsmerkmale eine stabile Position in verschiedenen Geräten des Internets der Dinge im zivilen Bereich ein.

BLE-Bluetooth-Modul

BLE-Bluetooth-Modul: Das SKYLAB BLE-Bluetooth-Modul ist entsprechend dem Bluetooth-Standard in 4.0BLE-Bluetooth-Modul, 4.2BLE-Bluetooth-Modul, 5.0BLE-Bluetooth-Modul und 5.2BLE-Bluetooth-Modul unterteilt. Derzeit umfassen ausgereifte Lösungen auf Basis des BLE-Bluetooth-Moduls eine intelligente Lichtsteuerung Lösungen und Smart-Lock-Lösungen. , MAC-Adress-QR-Code-Scan- und Druckschema und Indoor-Positionierungsschema basierend auf Bluetooth. Derzeit wird das BLE-Bluetooth-Modul häufig für Positionierungsetiketten, Asset-Tracking, Sport- und Fitnesssensoren, medizinische Sensoren, Smartwatches, Fernbedienungen, Spielzeug und andere Produkte verwendet. Insbesondere ist Bluetooth 5.0 eine technische Spezifikation, die für das Internet der Dinge, intelligente Haushaltsgeräte und tragbare Gerätespezifikationen formuliert wurde und WiFi in diesen Bereichen anführt.

So funktioniert das BLE-Bluetooth-Modul

1. Master-Slave-Beziehung des Bluetooth-Moduls

Die Bluetooth-Technologie schreibt vor, dass bei der Bluetooth-Kommunikation zwischen jedem Gerätepaar ein Bluetooth-Modul die Master-Rolle und das andere Bluetooth-Modul die Slave-Rolle haben muss, um kommunizieren zu können. Bei der Kommunikation muss der Master suchen, die Kopplung initiieren, und stellen Sie erfolgreich eine Verbindung her. Danach können beide Parteien Daten senden und empfangen. Theoretisch kann ein Bluetooth-Master-Gerät mit 7 Bluetooth-Slave-Geräten gleichzeitig kommunizieren. Ein Gerät mit Bluetooth-Kommunikationsfunktion kann zwischen zwei Rollen wechseln. Es arbeitet normalerweise im Slave-Modus und wartet auf die Verbindung anderer Master-Geräte. Bei Bedarf wechselt es in den Master-Modus und initiiert Anrufe an andere Geräte. Wenn ein Bluetooth-Gerät im Hauptmodus einen Anruf einleitet, muss es die Bluetooth-Adresse, das Kopplungskennwort und andere Informationen des anderen Teilnehmers kennen. Nach Abschluss der Kopplung kann der Anruf direkt eingeleitet werden.

2. Aufrufvorgang des Bluetooth-Moduls

Wenn das Bluetooth-Master-Gerät einen Anruf einleitet, sucht es zunächst nach den in der Nähe befindlichen Bluetooth-Geräten. Nachdem das Master-Gerät das Slave-Bluetooth-Gerät gefunden hat, wird es mit dem Slave-Bluetooth-Gerät gekoppelt. Zu diesem Zeitpunkt müssen Sie den PIN-Code des Slave-Geräts eingeben, bei einigen Geräten ist die Eingabe des PIN-Codes nicht erforderlich.

Nachdem die Kopplung abgeschlossen ist, zeichnet das Slave-Bluetooth-Gerät die Vertrauensinformationen des Master-Geräts auf. Zu diesem Zeitpunkt kann der Master einen Anruf an das Slave-Gerät initiieren und das gekoppelte Gerät muss beim nächsten Mal nicht erneut gekoppelt werden Forderung. Bei gekoppelten Geräten kann auch das Bluetooth-Headset als Slave eine Verbindungsaufbauanfrage initiieren, das Bluetooth-Modul zur Datenkommunikation initiiert jedoch in der Regel keinen Anruf.

Nach erfolgreichem Verbindungsaufbau kann eine bidirektionale Daten- oder Sprachkommunikation zwischen Master und Slave durchgeführt werden. Im Kommunikationszustand können sowohl das Master- als auch das Slave-Gerät eine Verbindungstrennung einleiten und die Bluetooth-Verbindung trennen.

3. Bluetooth-Datenübertragung

Bei der Anwendung der Bluetooth-Datenübertragung ist die serielle Eins-zu-eins-Datenkommunikation eine der häufigsten Anwendungen. Die Kopplungsinformationen zwischen den beiden Bluetooth-Modulen werden im Voraus festgelegt, bevor das Bluetooth-Modul das Werk verlässt. Adresse usw., wann Die Geräte an beiden Enden sind eingeschaltet, die Verbindung wird automatisch hergestellt und die transparente Übertragung über die serielle Schnittstelle erfordert keinen Eingriff von Peripherieschaltkreisen.

In der Eins-zu-Eins-Anwendung kann das Slave-Gerät auf zwei Typen eingestellt werden: Der eine ist der stille Zustand, das heißt, es kann nur mit dem angegebenen Master kommunizieren und wird nicht von anderen Bluetooth-Geräten gesucht, der andere ist der Entwicklungsstand, der vom designierten Master durchsucht und auch von anderen Bluetooth-Geräten gefunden und ermittelt werden kann.

Arbeitsmodus des BLE-Bluetooth-Moduls

Bluetooth-Geräte spielen in verschiedenen Anwendungsszenarien unterschiedliche Rollen, und Bluetooth-Anwendungsszenarien hängen eng mit ihren Arbeitsmodi zusammen. Das BLE-Bluetooth-Modul hat zwei Hauptaufgaben: Host und Slave. Das Bluetooth-Modul als Host ist in Scanner, Initiatoren und Daten-Clients unterteilt, und das Bluetooth-Modul als Slave ist in Broadcaster, passive Anschlüsse und Daten unterteilt Server.

Das BLE-Bluetooth-Modul verfügt über 7 Hauptarbeitsmodi: den den Ingenieuren am besten vertrauten Host-Modus, den Slave-Modus, die Master-Slave-Integration, den Broadcaster, den Beobachter, den iBeacon-Modus und den Mesh-Netzwerkmodus.

1. Host-Modus

Das für das Scannen und Initiieren von Einrichtungsanfragen verantwortliche Gerät kann mit einem oder mehreren Slave-Geräten kommunizieren

Scannen Sie regelmäßig die von den umliegenden Broadcast-Statusgeräten gesendeten Broadcast-Informationen. Sie können die umliegenden Geräte durchsuchen und das zu verbindende Slave-Gerät zum Koppeln und Verbinden auswählen;
Sie müssen die Mac-Adresse des Slave-Geräts, das Pairing-Passwort und andere Informationen kennen. Nach Abschluss des Pairings können Sie eine direkte Verbindung herstellen. Nachdem die Kommunikationsverbindung erfolgreich hergestellt wurde, können Master und Slave Daten senden und empfangen;
Das Master-Gerät kann die MAC-Adresse des Standardverbindungs-Slave-Geräts festlegen.
Unterstützen Sie die Whitelist-Funktion. Wenn das Modul nach einem Gerät sucht, das der Whitelist entspricht, stellt es eine Verbindung her.
Nachdem das Master-Gerät das Slave-Gerät gefunden hat, wird es mit dem Slave-Gerät gekoppelt. Zu diesem Zeitpunkt muss der PIN-Code des Slave-Geräts eingegeben werden;
Wenn das transparente Master-Slave-Übertragungsprotokoll dasselbe ist, kann die transparente Datenübertragung zwischen der seriellen Schnittstelle des Master-Geräts und der seriellen Schnittstelle des Slave-Geräts nur durch einfache Parametereinstellungen realisiert werden.
Unterstützt die Trenn- und Wiederverbindungsfunktion. Wenn das Problem der abnormalen Interferenz verschwindet und die Arbeitsumgebung des Moduls wieder normal wird, sucht das Master-Gerät automatisch nach dem Slave-Gerät, das gerade getrennt wurde, wodurch Datenverluste minimiert und die Systemstabilität verbessert werden.

2. Slave-Modus

Das Gerät, das für die Übertragung und Annahme von Verbindungsanfragen verantwortlich ist, kann keine Verbindung aktiv herstellen und wartet intelligent darauf, dass andere eine Verbindung herstellen

Das Slave-Gerät wechselt zunächst in den Broadcast-Status und wartet darauf, vom Host durchsucht zu werden. Wenn der Host das Slave-Gerät scannt und eine Verbindung mit ihm herstellt, kann er Daten mit dem Host-Gerät senden und empfangen.
Das Bluetooth-Modul im Slave-Gerätemodus kann angeschlossen werden, regelmäßig eine Verbindung herstellen und Daten mit dem Host übertragen und während des Datenübertragungsprozesses als Slave fungieren.
In einer Eins-zu-Eins-Anwendung kann das Slave-Gerät auf zwei Typen eingestellt werden: Der eine ist der stille Zustand, das heißt, er kann nur mit dem angegebenen Master-Gerät kommunizieren und wird nicht von anderen Bluetooth-Geräten durchsucht, der andere ist die Entwicklung Status, der vom designierten Master-Gerät durchsucht werden kann. Er kann auch von anderen Bluetooth-Geräten gefunden werden, um eine Verbindung herzustellen;
Im Slave-Gerätemodus können Benutzer gemäß der Vereinbarung ihre eigene APP entwickeln. Dieser Modus enthält einen Dienst zum Senden und Empfangen über die serielle Schnittstelle. Benutzer können ihn über die UUID finden. Es gibt zwei Kanäle darin, nämlich Lesen und Schreiben. Benutzer können diese beiden Kanäle zur Datenübertragung bedienen;
Im Kommunikationszustand können sowohl das Master-Gerät als auch das Slave-Gerät eine Trennung einleiten, also die Bluetooth-Verbindung trennen.

3. Integrierter Master-Slave-Arbeitsmodus

Es kann gleichzeitig als Master-Gerät und Slave-Gerät verwendet werden. Nach der Bluetooth 4.1-Protokollspezifikation wird die Funktion „Link-Topologie“ hinzugefügt, um die Rolle eines Repeaters zu spielen

Das Bluetooth-Modul ermöglicht den gleichzeitigen Betrieb als Master und Slave in beliebigen Rollenkombinationen;
Geräteinformationen von peripheren Slave-Knoten können nicht auf die lokale Speicherung beschränkt werden, und das integrierte Master-Slave-Bluetooth-Modul übernimmt die Rolle eines Repeaters und lädt sie nach der Erfassung zur Speicherung oder Anzeige in die Cloud oder einen zentralen Controller hoch;
Durch die Master-Slave-Integration werden zusätzliche Funktionen des Bluetooth-Moduls, Kostenoptimierung und Benutzerfreundlichkeit hinzugefügt. Arbeitete das Bluetooth-Modul bisher als Master-Gerät in einem geschlossenen System, kann es jetzt auch als Slave-Gerät an ein Smartphone angeschlossen werden gleichzeitig und erreicht so eine neue Verbindungsdimension;

4. Arbeitsmodus des Senders

Die Funktionen, die von Geräten über Bluetooth 4.0 unterstützt werden müssen, das Eins-zu-Viele-Senden, das regelmäßige Senden von Daten fester Länge an umgebende Geräte sowie das Senden der eigenen Mac-Adresse, des Namens und der unterstützten Funktionen, werden hauptsächlich dazu verwendet, von anderen Geräten erkannt zu werden. und keine Daten senden

Das Modul kann weiterhin im Modus mit geringem Stromverbrauch senden, was für Anwendungen mit extrem geringem Stromverbrauch, geringem Datenvolumen und Einwegübertragung geeignet ist. Die wichtige Funktion des Bluetooth-Broadcast-Kanals besteht darin, Geräte zu erkennen, Verbindungen herzustellen und Daten zu verteilen;
Bluetooth-Broadcasts senden im Allgemeinen die eigene Mac-Adresse, den Namen und die unterstützten Funktionen an die Außenwelt. Die Übertragung wird hauptsächlich zur Erkennung durch andere Geräte und nicht zur Datenübertragung verwendet.
Es gibt zwei Arten von Broadcast-Paketen: Werbedaten und Scan-Antwort. Das Broadcast-Paket muss von jedem Gerät gesendet werden, und das Antwortpaket ist optional. Die Länge jedes Pakets ist ein festes Byte N, die Länge N des Datenpakets wird erweitert wenn der Standard des Bluetooth-Protokolls zunimmt;
Der Broadcast-Modus weist hauptsächlich zwei Verwendungsszenarien auf: (1) Einweg-Datenkommunikation ohne Verbindung, der Datensender sendet Daten auf dem Broadcast-Kanal und der Datenempfänger scannt und empfängt die Daten; der Broadcaster wird als Server verwendet. ( 2) Verbindungsorientierter Aufbau, z. B. sendet das Bluetooth-Slave-Gerät eine Nachricht und sucht vom Master-Gerät nach einer Verbindung. Der einzige Unterschied zwischen dem Broadcaster- und dem Slave-Gerätemodus besteht darin, dass er nicht über das Host-Gerät verbunden werden kann, sondern nur Broadcast-Daten.

5. Beobachter-Arbeitsmodus

Das Eins-zu-Viele-Empfangen, Überwachen und Lesen von Broadcast-Daten in der Luft kann keine Daten initiieren und nur Slaves kontinuierlich scannen

Beobachtermodus, das Modul ist in diesem Modus nicht verbunden;
Wird auf die Anwendung von Datenerfassungskonzentratoren angewendet, z. B. auf die Sammlung von Sensorkonzentratoren und andere Funktionen.
Bluetooth-Gateway, das Bluetooth-Modul befindet sich im Beobachtermodus, keine Übertragung, es kann die umliegenden Übertragungsgeräte scannen, aber keine Verbindung mit Übertragungsgeräten anfordern.

6. iBeacon-Arbeitsmodus

Die auf der Grundlage der Bluetooth 4.0-Spezifikation entwickelte Mikropositionierungstechnologie, das Low-Power-Bluetooth-Beacon, nutzt die BLE-Technologie, einen Broadcast-Modus, und ist auch ein Low-Power-Bluetooth-Gerät (Slave-Gerät), das mit diesem Protokoll arbeitet Im Broadcast-Modus werden die Übertragung an die Umgebung und alle Broadcast-Daten nach bestimmten Regeln angeordnet

Im Broadcast-Modus verwendet es den Broadcast-Frame namens „Advertising“ in BLE. Der Benachrichtigungsrahmen ist ein Rahmen, der regelmäßig gesendet wird. Solange es sich um ein Gerät handelt, das BLE unterstützt, kann es ihn empfangen.
Die Sendeleistung der Übertragung kann angepasst werden, und die MAC-Adresse, UUID und andere Festbyte-Zeichenfolgen des Bluetooth-Geräts werden kontinuierlich gesendet, und die Anwendungssoftware ergreift nach dem Empfang der Zeichenfolge einige Maßnahmen entsprechend der Zeichenfolge.
Es kann nicht mit einem Bluetooth-Host mit geringem Stromverbrauch verbunden werden und wird normalerweise an einer festen Position im Innenbereich platziert, um eine kontinuierliche Übertragung an die Umgebung zu ermöglichen. Alle Übertragungsdaten unterliegen bestimmten Regeln.

7. Mesh-Netzwerk-Arbeitsmodus

Kompatibel mit den Bluetooth-Protokollen der Serien 4 und 5, realisieren Sie „Many-to-Many“-Gerätekommunikation, groß angelegte Netzwerke, jedes Netzwerk kann theoretisch maximal 65536 Knoten verbinden, es ist kein Gateway erforderlich, jeder Knoten kann als AP verwendet werden und ein Router

Durch die Verwendung von Bluetooth-Geräten als Signalrelaisstationen und die Verwendung von Bluetooth-Broadcasting mit geringem Stromverbrauch zum Senden und Empfangen von Informationen erweitert die Bluetooth Mesh-Technologie die Kommunikationsbeziehung von Bluetooth und hebt die bisherige Einschränkung auf, dass Bluetooth-Geräte nur mit Eins-zu-Eins-Master-Slave-Geräten kommunizieren können Eins-zu-Viele senden: Aktivieren Sie Bluetooth-Geräte im Netzwerk, um eine „Viele-zu-Viele“-Gerätekommunikation zu erreichen.
Wenn bei der Kommunikation ein Knoten beschädigt oder blockiert ist, kann er den Knoten automatisch umgehen und den Pfad zum Erreichen des Ziels neu auswählen, wodurch das Netzwerk effizienter und zuverlässiger wird. Jeder Knoten kann Nachrichten senden, empfangen und weiterleiten. Nachrichten können im Mesh-Netzwerk weitergeleitet werden, um eine größere Entfernung zu erreichen;
Es bietet Anwendungsvorteile in vielen Bereichen wie Smart Homes und Smart Buildings. Die Bluetooth Mesh-Technologie wird zur optimalen Lösung für die großräumige Kurzstreckenvernetzung des Internets der Dinge werden.
Derzeit ist die Bluetooth-Technologie in allen intelligenten IoT-Produkten weit verbreitet, darunter Smart Home, Unterhaltungselektronik, intelligente medizinische Versorgung, Automobile, intelligente tragbare Geräte und intelligente Gebäudeausrüstung, wodurch die Geschwindigkeit der Interaktion zwischen Menschen und allem beschleunigt wird. Bei den im Bereich Internet der Dinge verwendeten Bluetooth-Modulen handelt es sich grundsätzlich um Bluetooth-Module mit geringem Stromverbrauch. Zusätzlich zu den oben genannten Anwendungen können Bluetooth-Module auch im Heim-Internet der Dinge, in der Fahrzeugsteuerung, bei Laternensteuerungslösungen, im Gebäudemanagement und bei Supermarktprodukten eingesetzt werden Beacon-Promotion und andere Bereiche.