基于XBee封装标准的蓝牙模块的设计与实现

唐友谊　王春英

摘要：本文采用国际主流的射频模块封装标准：XBee封装标准，设计通用蓝牙模块的软、硬件解决方案，从而使蓝牙模块产品能够与XBee系列模块间达到无缝兼容。

关键词：蓝牙；XBee封装标准；无缝兼容

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）05-0231-02

Abstract： In this paper， the international mainstream radio frequency module packaging standard： Standard XBee package， design of software and hardware of the universal Bluetooth module solutions， so that products of the Bluetooth module to achieve the seamless compatibility with the XBee module.

Key words： Bluetooth； XBee package standard； seamless compatibility

1 国内外现状与分析

蓝牙技术在产业化及物联网发展过程中都有着无限广阔的应用前景，然而现有市面上封装蓝牙协议的芯片产品存在诸多问题。模块产品规格参差不齐，缺乏统一的模块封装标准，与其它无线通信模块的硬件开发板不兼容，降低了模块的通用性从而无法完成简单的升级和替换；缺乏统一的AT命令集，对硬件知识掌握少的用户很难完成模块的配置工作，降低了模块的可用性；配套的可编程开发库和相关使用手册不完备，增加了外围MCU对蓝牙模块控制的难度，降低了模块的易用性。

针对以上问题，本项目决定采用国际主流的射频模块封装标准：XBee封装标准，设计通用蓝牙模块的软、硬件解决方案，从而使蓝牙模块产品能够与XBee系列模块间达到无缝兼容。XBee系列电子产品是美国Digi公司旗下的产品，其为物联网提出了成熟的解决方案，在业界处于领先水平，XBee封装标准作为业内一个知名标准主要强调了无限射频模块的统一的管脚封装标准，众多其它厂商纷纷为其设计和生产兼容XBee接口的系列开发板和扩展板。XBee系列产品如图1所示。例如：ZigBee、Wifi、2.4G、900M等，但针对应用电子主流的蓝牙技术却没有相应的产品，为解决此问题，本项目借鉴XBee产品的开发模式，设计并实现符合XBee硬件管脚标准的通用蓝牙模块。

2 研究内容和目标

系统的主要研究内容分为以下几方面：

2.1 硬件开发

蓝牙模块一般是由芯片、PCB板、外围器件构成。

1）芯片的选择：在设计基于XBee封装标准的蓝牙模块中本项目选择了HC-05蓝牙芯片，其支持点对点通信。此模块的设计方式是将所有的芯片、电阻、电容等制造在一块电路板上。

2）PCB板满足XBee统一的管脚定义和电平标准，由蓝牙的管脚向XBee标准转换，保留管脚的功能性和可能性，通过电路设计，提高管脚使用的安全系数。

3）外围器件包括可以进行有效管脚电平控制的开关等。

2.2 软件开发

支持蓝牙通信的外围MCU库。

提供简洁有效的调用接口，封装针对硬件编程细节的接口。通过接口函数可以完成蓝牙主/从角色的设定，工作流程需满足蓝牙标准过程，即主设备查询周围蓝牙从设备，并主动发起连接，而从设备只是被动连接。同时提供命令模式和数据模式的转换接口，灵活有效地为用户提供可编程的接口。

2.3 基于模块AT命令集的封装

AT指令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据电路终端设备发送的，良好的AT命令集的封装有助于用户在命令模式下对模块状态进行灵活控制。

2.4 验证案例开发：Arduino开发板和Android手机通信

基于XBee标准的蓝牙模块的Arduino部分软件开发主要是为了基于UART接口扩展应用产品的开发而设计的。为了验证蓝牙模块软、硬件设计的有效性，测试蓝牙芯片在传输过程的准确性，通过Arduino与蓝牙进行接口编程进行测试案例的开发，通过对蓝牙指令的外围MCU库进行调用，设计蓝牙模块数据通信。同时，进一步在Android手机平台端进行开发，通过其与Arduino控制的蓝牙模块通信。

3 研究方案、技术路线

系统研究方案及技术路线主要为：

3.1 硬件解决方案

封装后的满足XBee管脚标准的蓝牙模块最终可以安插到通信的无线验证板上并可以用PC机和MCU进行串口控制，从而实现了通用的目的。

3.2 软件解决方案

1）控制蓝牙模块的外围MCU库要符合蓝牙协议的调用过程，主要考虑蓝牙的主/从关系。

2）AT命令集

当模块处于自动连接工作模式时，将自动根据事先设定的方式连接的数据传输；当模块处于命令响应工作模式时能执行下述所有AT 命令，用户可向模块发送各种AT 指令，为模块设定控制参数或发布控制命令。通过控制模块外部引（PIO11）输入电平，可以实现模块工作状态的动态转换。

3）验证案例

Arduino控制蓝牙进行主-从连接，Arduino分别通过串口完成对蓝牙模块的控制，通过设计的外围MCU库完成主端程序与从端程序的开发，同时，在Android手机上完成针对蓝牙的通信程序开发，并与蓝牙封装模块通信，进一步实现对外围MCU库可用性的验证。

4 结束语

项目的目的是实现符合XBee封装标准的蓝牙模块，主要特色及创新如下：

1）蓝牙模块具有很强的通用性，适用于相关领域的应用开发；

2）蓝牙模块具有很高的易用性，提供丰富的AT命令集和外围MCU库，降低了开发的难度；

3）工业级的蓝牙芯片产品，提高了传输的准确性、稳定性和安全性；

4）案例设计应用现今流行的Arduino开发板和Android平台，提出了具有实际意义的极具参考价值的解决方案。

参考文献：

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