یک ماژول بلوتوث چگونه کار می کند؟

ماژول بلوتوث یک واحد عملکردی مستقل است که یک تراشه بلوتوث، یک مدار فرکانس رادیویی، یک آنتن و پشته پروتکل نرم افزاری لازم را یکپارچه می کند. معمولاً به شکل یک برد مدار کوچک ظاهر می‌شود که رابط‌های استانداردی (مانند UART، USB، SPI و غیره) را فراهم می‌کند و به دستگاه اصلی (مانند میکروکنترلر یا رایانه شما) اجازه می‌دهد تا از طریق دستورالعمل‌های ساده با آن ارتباط برقرار کند، بدون اینکه نگران جزئیات پیچیده ارتباط بی‌سیم باشد.

یک تشبیه ساده:ماژول بلوتوث مانند یک "مترجم" است. دستگاه اصلی شما (مانند یک ریز رایانه تک تراشه ای) فقط می تواند "ماندارین" (سیگنال های دیجیتال) صحبت کند، در حالی که دنیای بی سیم "بلوتوث" (امواج رادیویی) صحبت می کند. این مترجم وظیفه ترجمه «ماندرین» به «زبان بلوتوث» و ارسال آن را بر عهده دارد. در عین حال، می‌تواند «زبان بلوتوث» دریافت‌شده را برای گوش دادن به دستگاه اصلی به «ماندارین» ترجمه کند.

The operation of a Bluetooth module can be divided into four main stages: 1. Standby and broadcasting -> 2. Discovery and Pairing -> 3. Connection and Communication ->4. تبادل داده.

فاز اول: آماده به کار و پخش
راه‌اندازی{0}روشن روشن: پس از روشن شدن ماژول بلوتوث، سفت‌افزار (سرم‌افزار) و پشته پروتکل آن بارگیری می‌شود و وارد وضعیت قابل شناسایی می‌شود.

تعریف نقش: دستگاه های بلوتوث در هنگام برقراری ارتباط دو نقش اساسی دارند:

دستگاه اصلی: دستگاهی که به طور فعال دستگاه های دیگر (مانند تلفن همراه) را جستجو می کند و به آنها متصل می شود.

از دستگاه: دستگاهی که به طور غیر فعال منتظر اتصال است و معمولاً سیگنال پخشی را ارسال می کند (به عنوان مثال: هدفون بلوتوث، دستبند هوشمند).

بسیاری از ماژول‌ها از حالت یکپارچه{0}slave پشتیبانی می‌کنند.

پخش: اگر ماژول به عنوان یک دستگاه برده تنظیم شده باشد، به طور دوره ای بسته های داده کوچکی را روی کانال های پخش خاص ارسال می کند (مجموعاً 3)، مثل اینکه فریاد می زند: "من اینجا هستم، XXX هستم، بیا و به من وصل شو!" . این بسته پخش حاوی آدرس، نام و برخی اطلاعات دیگر دستگاه است.

فاز دوم: کشف و جفت شدن
اسکن: دستگاه اصلی (مانند تلفن همراه) عملکرد بلوتوث را روشن می کند و شروع به اسکن در تمام کانال های پخش می کند و به این سیگنال های پخش گوش می دهد.

کشف: هنگامی که دستگاه اصلی بسته پخش را از دستگاه Slave دریافت می کند، می تواند نام دستگاه را در لیست ببیند. این فرآیند "کشف" نامیده می شود.

اتصال: یک دستگاه را از لیست تلفن همراه انتخاب کرده و روی "اتصال" کلیک کنید. تلفن همراه یک درخواست اتصال به آدرس دستگاه ارسال می کند.

جفت‌سازی: برای اطمینان از ارتباط امن، باید روابط اعتماد بین دستگاه‌ها برقرار شود، و این همان چیزی است که جفت‌سازی به آن می‌پردازد.

هر دو طرف یک کلید موقت مبادله خواهند کرد.

ممکن است از کاربران خواسته شود که یک کد پین (مانند 0000 یا 1234) را برای تأیید وارد کنند تا اطمینان حاصل شود که شما به دستگاه صحیح متصل هستید.

پس از یک جفت شدن موفقیت آمیز، هر دو طرف یک کلید پیوند معتبر طولانی مدت را مبادله کرده و ذخیره می کنند. دفعه بعد که متصل می شوند، می توانند بدون نیاز به وارد کردن مجدد کد پین، به طور خودکار و سریع دوباره وصل شوند.

فاز سوم: اتصال و ارتباط
ایجاد اتصال: پس از یک جفت‌سازی موفقیت‌آمیز، یک اتصال پایدار-به-نقطه بلوتوث رسما برقرار می‌شود.

فناوری{0}}پرش فرکانس: این یکی از اجزای اصلی عملکرد بلوتوث است. پس از برقراری ارتباط، دستگاه‌های اصلی و slave به‌طور همزمان و با فرکانس‌های پرسرعت روی 79 (بلوتوث کلاسیک) یا 40 ({4}}بلوتوث کم مصرف) کانال داده به‌صورت شبه-تصادفی خواهند رفت.

هدف: افزایش قابل توجهی توانایی ضد تداخل-. از آنجایی که وای فای، اجاق‌های مایکروویو و سایر دستگاه‌ها همگی در باند فرکانس 2.4 گیگاهرتز کار می‌کنند، اگر کانال خاصی تداخل پیدا کند، بلافاصله برای ادامه ارتباط به کانال تمیز بعدی می‌روند و به سختی تاخیری احساس می‌کنید.

فاز چهارم: تبادل داده
پس از برقراری ارتباط، تبادل واقعی داده ها آغاز می شود.

• انتهای دستگاه اصلی

برنامه شما (به عنوان مثال، یک دستیار اشکال زدایی پورت سریال) داده ها را تولید می کند (مانند "Hello").

داده ها از طریق رابط دستگاه اصلی (مانند UART) به ماژول بلوتوث ارسال می شود.

• کپسوله سازی داده ها

پس از دریافت داده های اصلی، ماژول بلوتوث مستقیماً آن را ارسال نمی کند.

پشته پروتکل آن، داده‌ها را لایه به لایه محصور می‌کند، درست مانند «packaging》delivery»:

• لایه کاربردی: قالب و معنای داده ها را تعریف کنید.
• RFCOMM/ATT/GATT: پورت‌های سریال را شبیه‌سازی می‌کند یا مقادیر سرویس/ویژگی را برای ارائه کانال‌ها برای برنامه‌های{0} لایه بالایی تعریف می‌کند.
• L2CAP: مسئول بخش بندی و مونتاژ مجدد داده ها برای اطمینان از انتقال قابل اعتماد بسته های داده بزرگ است.
• لایه باند پایه: اتصالات فیزیکی، رمزگذاری و فرکانس{0}}توالی های پرش را مدیریت می کند.

در نهایت، داده های بسته بندی شده به سیگنال های رادیویی تبدیل می شوند.

• انتقال بی سیم

مدار RF داخل ماژول سیگنال های دیجیتال را به امواج رادیویی 2.4 گیگاهرتز تعدیل می کند.

امواج الکترومغناطیسی از طریق یک آنتن ساطع می شوند.

• از انتهای دستگاه:

آنتن ماژول بلوتوث طرف مقابل این سیگنال رادیویی ضعیف را دریافت کرد.

مدار RF آن را به سیگنال دیجیتال باز می گرداند.

سپس پشته پروتکل مانند "باز کردن بسته ها" است، لایه به لایه باز کردن بسته بندی و حذف هدر و دم هر لایه، در نهایت داده های "Hello" اصلی را بازیابی می کند.

داده‌ها از طریق یک رابط (مانند UART) به کنترل‌کننده اصلی دستگاه برده (مانند یک-رایانه تراشه تکی) منتقل می‌شوند و میکرو رایانه تک‌تراشه‌ای می‌تواند LED، موتور را کنترل کند یا بر اساس این داده‌ها آن را روی صفحه نمایش دهد.

• پشته پروتکل: این "مغز" یا "سیستم عامل" ماژول بلوتوث است که تمام قوانین و فرآیندهای پیچیده تعریف شده در مشخصات فنی بلوتوث را اجرا می کند. بدون آن، یک ماژول فقط یک دسته سخت افزار است.
• جفت شدن و رمزگذاری: از حریم خصوصی و امنیت ارتباطات اطمینان حاصل کنید و از شنود یا دستکاری داده ها جلوگیری کنید.
• مدیریت انرژی: به خصوص فناوری بلوتوث کم انرژی، از طریق مصرف انرژی بسیار کم در حالت آماده به کار، اتصال سریع و حالت کار "انتقال - خواب - انتقال"، باتری دکمه‌ای را قادر می‌سازد تا چندین سال کار کند.

عملکرد یک ماژول بلوتوث اساساً یک فرآیند انتقال و دریافت اطلاعات بی سیم است که به پروتکل های سختگیرانه پایبند است، ایمن و مقاوم در برابر تداخل است. این فناوری پیچیده ارتباطات بی سیم را در یک "جعبه سیاه" ساده محصور می کند. توسعه‌دهندگان می‌توانند به سادگی از طریق دستورالعمل‌های پورت سریال به انتقال داده‌های بی‌سیم دست یابند، که تا حد زیادی دشواری و هزینه توسعه را کاهش می‌دهد.

می توانید آن را به عنوان کابل پورت سریال بی سیم تصور کنید که یک سر آن به دستگاه A و سر دیگر آن به دستگاه B متصل است. آنها می توانند آزادانه مانند یک اتصال سیمی بدون نیاز به کابل فیزیکی ارتباط برقرار کنند.