基于蓝牙芯片的无线通信模块设计与开发

到1.8V 电压转换，该芯 片最大输出电流为150mA，输出电压范围为1.8V-6V，完全满足蓝牙模块的电源需要。

3.5 晶振CSX-5032

选用的晶振为CSX-5032 为一款无铅表面制作的贴片晶体单元。具有高可靠性的陶瓷密 封封装确保了元件高频时的稳定性和卓越的可焊性在小灵通、GPS 手持设备、蓝牙、WLAN 等广泛应用。我们选用了一款16MHz 的型号，外型尺寸为5mmX3.2mm，25℃频率公差为 +-10ppm，频率稳定性为+-5ppm。

4 蓝牙模块的软件设计

蓝牙模块的软件设计分为两个部分：协议层加载、模块初始参数设置。蓝牙协议为建立 于蓝牙技术之上的多种应用提供了完整的解决办法，但对于不同应用一般只用到蓝牙协议中 的某几个，而且对于每部分协议也不必用它所提供的全部功能。

4.1 协议层加载

如图 2 所示由于本模块主要应用于工业无线通信，所以在模块的外部FLASH 中只加载了 基带（包括LC），LM 和HCI（主机控制接口）协议层。其中HCI 为蓝牙硬件中基带控制器 和链路管理器提供了命令接口，从而实现对硬件状态寄存器和控制寄存器的访问，特别是该 接口提供了对蓝牙基带的统一访问模式。加载这些协议层模块实现了完整的蓝牙链路控制和 嵌入式HCI 协议，屏蔽了射频和基带两个硬件协议层，以后的应用开发可以直接从HCI 层 开始。通过封装HCI 协议层，可以生成标准的HCI 接口函数，为上层的应用开发提供一个 完整的平台。

在外部主机具有 UART 或者USB 接口，蓝牙模块与主机信号电平兼容的情况下，不需 要再添加其他辅助电路，本蓝牙模块就可以和主机直接相连。

如图 3 所示是主机和蓝牙硬件连接示意图。主机控制器接口（HCI）提供了一种访问蓝 牙硬件能力的通用接口，HCI 层通过访问基带命令、链路管理器命令、硬件状态寄存器、控 制寄存器以及事件寄存器实现对蓝牙硬件的HCI 命令。在主机系统的HCI 驱动程序和蓝牙 的硬件HCI 固件之间存在的几个中间层次，又称为主机控制器传输层，提供传输数据的能力。该层的目标是透明化，主机控制器驱动程序不关心它是在UART 上还是USB 上，UART 和USB 对主机控制器驱动程序发送到主机控制器的数据不能进行处理，这样主机控制器接 口和主机控制器可以进行升级，升级不会对传输层有任何影响。

4.2 模块初始参数设置

蓝牙模块加载了各种协议层后并不能工作，还需要根据不同的硬件设计对模块初始参数 进行设置。基于bluecore2 蓝牙芯片的初始参数设置又称为PSK 设置，可以通过BLUELAB 集成开发环境或者PS Key 设置软件来实现，如图所以为ps key 设置界面。

5 蓝牙模块应用实例

如图 4 所示，以蓝牙手操器和蓝牙阀门定位器作说明示例。蓝牙模块与阀门定位器中的 控制板进行串口（UART）全双工通信，阀门定位器的阀位值、阀位上限等各种参数通过串 口送到蓝牙模块，通过蓝牙无线通信的方式发送给蓝牙手操器，手操器可以用相关指令动态 地修改阀门定位器的对应参数，这改变了传统的参数设置或修改方法。在阀门定位器中的蓝 牙模块设置为被动链接模式，设备启动后阀门定位器会周期性的采集阀位值并存储在该设备 的缓冲区内，当蓝牙手操器搜索到阀门定位器后向阀门定位器发送链接指令，建立链接后， 蓝牙手操器将获得一个链接句柄。此后进入如图5 所示的监控界面，可以执行读阀位值、阀 位上限、以及写上限三项功能。每项功能在执行时，都由手操器发送一条控制指令，该指令 由串口发给蓝牙模块，其中包括蓝牙链接句柄、功能代码（0x01-0x03 分别针对以上的三项 功能）以及CRC 校验域。阀门定位器收到控制指令后先判断链接句柄，判断是否接收该指 令，其后根据功能代码分别执行对应的任务。图5 中为通过蓝牙手操器读取的阀门定位器的 阀位值。此外，蓝牙手操器还可对蓝牙电磁流量计，蓝牙温度变送器等设备进行操作。

5 结论

经过现场测试表明，本文设计的蓝牙模块性能稳定、使用方便、实用性强，有一定的抗 干扰能力，还可根据需要进行软件升级，能有效地嵌入现场设备中代替电缆进行无线通信， 实现了对传统有线工业控制总线延伸，为工业监控网提供了一种新的联网方法。

本文作者创新点：该蓝牙无线通信模块运用BlueCore2-External 蓝牙芯片、FB2520 带通滤 波器和平衡不平衡变换器、LTCC 陶瓷天线等设计完成，并在蓝牙手操器和阀门定位器中进 行实际运用，结果表明该蓝牙模块性能稳定，实用性强。