《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課件-第四章 藍(lán)牙

物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)4-1藍(lán)牙協(xié)議概述第四章藍(lán)牙藍(lán)牙產(chǎn)品你了解藍(lán)牙技術(shù)嗎？藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)特點(diǎn)01藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展02藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn)一、藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展第一代1999年

早期的探索1999年：藍(lán)牙1.02003年：藍(lán)牙1.2第二代2004年

實(shí)用階段2004年：藍(lán)牙2.02003年：藍(lán)牙2.1第三代2009年

高速藍(lán)牙2009年：藍(lán)牙3.0第四代2010年

低功耗藍(lán)牙2010年：藍(lán)牙4.02013年：藍(lán)牙4.12004年：藍(lán)牙4.2第五代2016年

物聯(lián)網(wǎng)階段2016年：藍(lán)牙5.02019年：藍(lán)牙5.12019年：藍(lán)牙5.22021年：藍(lán)牙5.3一、藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展單模

傳統(tǒng)

多模

一、藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展版本特點(diǎn)5.0傳輸速率是低功耗藍(lán)牙4.2的2倍傳輸距離是低功耗藍(lán)牙4.2的4倍廣播數(shù)據(jù)包容量是低功耗藍(lán)牙4.2的8倍5.1尋向功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)牙信號(hào)的偵測(cè)GATT緩存，加快連接過(guò)程降低功耗隨機(jī)廣播頻道索引技術(shù)和周期廣播同步傳輸技術(shù)5.2增強(qiáng)型屬性協(xié)議LE功率控制LE同步頻道5.3周期廣播增強(qiáng)功能頻道分類增強(qiáng)功能；二、藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn)全球范圍適用；藍(lán)牙工作在2.4GHz的ISM頻段.1近距離通信；藍(lán)牙技術(shù)通信距離為10m,可根據(jù)需要擴(kuò)展至100m,以滿足不同設(shè)備的需要。2功耗低體積小；藍(lán)牙設(shè)備在通信連狀態(tài)下，有四種工作模式：激活模式、呼吸保持模式、休眠模式、正常模式3同時(shí)傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)；采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語(yǔ)音信道以及異步數(shù)據(jù)與同步語(yǔ)音同時(shí)傳輸?shù)男诺馈?可建立臨時(shí)對(duì)等連接；設(shè)幾個(gè)藍(lán)牙設(shè)備連接成一個(gè)微網(wǎng)時(shí)，其中只有一個(gè)主設(shè)備，其余的均為從設(shè)備。5抗干擾和安全性；跳頻方式擴(kuò)展頻譜，抵抗來(lái)自這些設(shè)備的干擾。提供了認(rèn)證和加密功能，以保證鏈路級(jí)的安全。4三、小結(jié)本節(jié)主要介紹了藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展，從早期的探索，到第五階段的廣泛使用，中間有多次技術(shù)的更新和版本的發(fā)布，特別是從第四代藍(lán)牙開(kāi)始由于智能手表手環(huán)的應(yīng)用需求催生了低功耗藍(lán)牙，第五代技術(shù)也是在低功耗基礎(chǔ)上進(jìn)行探索，開(kāi)啟物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，向傳輸速度更快、傳輸距離更遠(yuǎn)的方向發(fā)展。階段總結(jié)思考題1藍(lán)牙4.0版本包含哪幾個(gè)規(guī)范，其bluetoothSmart兼容傳統(tǒng)藍(lán)牙模式嗎？2藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)有哪些？物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)4-2藍(lán)牙協(xié)議應(yīng)用第四章藍(lán)牙藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展藍(lán)牙協(xié)議應(yīng)用01藍(lán)牙協(xié)議02藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用藍(lán)牙協(xié)議體系由3層組成應(yīng)用層中間層底層一、藍(lán)牙協(xié)議射頻RF、基帶層BB和鏈路管理層LM邏輯鏈路控制和適配協(xié)議L2CAP、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議SDP、串口仿真協(xié)議RFCOMM和電話通信協(xié)議TCS應(yīng)用層位于最高端，對(duì)應(yīng)各種應(yīng)用模型的剖面，目前定義了13種剖面。一、藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙核心協(xié)議1

藍(lán)牙電纜替代協(xié)議藍(lán)牙電話控制協(xié)議藍(lán)牙選用協(xié)議234一、藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙核心協(xié)議1

有基帶BB、鏈接管理LMP、鏈接控制和適配L2CAP、服務(wù)發(fā)現(xiàn)SDP協(xié)議

藍(lán)牙電纜替代協(xié)議

有串口仿真RFCOMM協(xié)議；藍(lán)牙電話控制協(xié)議

有電話通信TCS協(xié)議、AT命令集藍(lán)牙選用協(xié)議有PPP、UDD/TCP/IP、WAP、OBEX、WAE、VCard、VCal、IrMC

等。234藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟規(guī)范了藍(lán)牙的各種應(yīng)用模式，每一種應(yīng)用模式對(duì)應(yīng)一個(gè)“profile”，規(guī)定了響應(yīng)模式功能和使用協(xié)議。二、藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用二、藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用使兩個(gè)終端之間的數(shù)據(jù)交換成為可能，能傳送的文件應(yīng)當(dāng)有.xls，.PPL，.jpg.以及.doc文件和文件夾，此外還應(yīng)包括遠(yuǎn)端文件夾瀏覽功能。文件傳輸?shù)哪康奈募鬏敹⑺{(lán)牙技術(shù)應(yīng)用利用能上網(wǎng)的藍(lán)牙設(shè)備一般選用手機(jī)作為調(diào)制解調(diào)器連接到互聯(lián)網(wǎng)。撥號(hào)上網(wǎng)二、藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用局域網(wǎng)訪問(wèn)這種應(yīng)用模式下，多個(gè)數(shù)據(jù)終端使用同一個(gè)局域網(wǎng)接入點(diǎn)，以無(wú)線接入方式訪問(wèn)局域網(wǎng)，一旦連接成功，數(shù)據(jù)終端能夠訪問(wèn)局域網(wǎng)所提供的一切服務(wù)，就好像是通過(guò)撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)直接連接到該局域網(wǎng)一樣。連個(gè)設(shè)備之間可以直接通信，類似于用一根電纜把兩個(gè)PC機(jī)連接起來(lái)。藍(lán)牙耳機(jī)藍(lán)牙耳機(jī)也是現(xiàn)在無(wú)線耳機(jī)主流的產(chǎn)品形態(tài)。藍(lán)牙音頻傳輸協(xié)議（A2DP）是重要的標(biāo)準(zhǔn)。編解碼技術(shù)的進(jìn)步提高了音質(zhì)。二、藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用穿戴設(shè)備推動(dòng)了以智能手環(huán)、智能手表等為代表的可穿戴設(shè)備的快速發(fā)展；為可穿戴設(shè)備提供了穩(wěn)定的和低功耗的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，給用戶帶來(lái)更佳的體驗(yàn)。低功耗藍(lán)牙二、藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用穿戴設(shè)備藍(lán)牙體溫計(jì)心率監(jiān)測(cè)器血壓器聽(tīng)診器二、藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用醫(yī)療行業(yè)三、小結(jié)本節(jié)主要介紹了藍(lán)牙協(xié)議和藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用，藍(lán)牙技術(shù)從1994年開(kāi)始到現(xiàn)在發(fā)布了多個(gè)版本也定義了多種協(xié)議，本視頻主要介紹了基本協(xié)議，同時(shí)也從應(yīng)用層的不同剖篇進(jìn)行了應(yīng)用介紹主要包括文件傳輸、撥號(hào)上網(wǎng)、局域網(wǎng)訪問(wèn)、藍(lán)牙音頻傳輸，同時(shí)從行業(yè)應(yīng)用中介紹了智能穿戴和智能醫(yī)療。階段總結(jié)思考題1藍(lán)牙核心協(xié)議包括什么？2請(qǐng)列舉藍(lán)牙技術(shù)有哪些應(yīng)用？二、藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn)全球范圍適用；藍(lán)牙工作在2.4GHz的ISM頻段.1近距離通信；藍(lán)牙技術(shù)通信距離為10m,可根據(jù)需要擴(kuò)展至100m,以滿足不同設(shè)備的需要。2功耗低體積?。凰{(lán)牙設(shè)備在通信連狀態(tài)下，有四種工作模式：激活模式、呼吸保持模式、休眠模式、正常模式3同時(shí)傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)；采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語(yǔ)音信道以及異步數(shù)據(jù)與同步語(yǔ)音同時(shí)傳輸?shù)男诺馈?可建立臨時(shí)對(duì)等連接；設(shè)幾個(gè)藍(lán)牙設(shè)備連接成一個(gè)微網(wǎng)時(shí)，其中只有一個(gè)主設(shè)備，其余的均為從設(shè)備。5抗干擾和安全性；跳頻方式擴(kuò)展頻譜，抵抗來(lái)自這些設(shè)備的干擾。提供了認(rèn)證和加密功能，以保證鏈路級(jí)的安全。4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)4-3藍(lán)牙協(xié)議組網(wǎng)第四章藍(lán)牙藍(lán)牙設(shè)備如何創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)?如何組網(wǎng)?目錄一對(duì)一組網(wǎng)微微網(wǎng)藍(lán)牙MESH一、一對(duì)一組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)MS藍(lán)牙連接流程主設(shè)備從設(shè)備待機(jī)模式待機(jī)模式掃描模式廣播模式掃描請(qǐng)求掃描回應(yīng)連接請(qǐng)求連接參數(shù)請(qǐng)求參數(shù)更新請(qǐng)求參數(shù)更新回應(yīng)建立連接連接事件二、微微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)MSSSSSSS二、微微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三、藍(lán)牙MESH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三、藍(lán)牙MESH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為了兼容舊的不支持藍(lán)牙m(xù)esh廣播包傳播的設(shè)備，具備代理功能的設(shè)備可以與舊設(shè)備建立低功耗藍(lán)牙GATT連接，在mesh廣播數(shù)據(jù)包和meshGATT連接數(shù)據(jù)包之間轉(zhuǎn)換，支持代理功能的節(jié)點(diǎn)被稱為代理節(jié)點(diǎn)(ProxyNode)。代理功能三、藍(lán)牙MESH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)收到一條消息后將其轉(zhuǎn)發(fā)出去，這樣可以擴(kuò)大mesh網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，支持轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)被稱為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)（RelayNode）。轉(zhuǎn)發(fā)功能：三、藍(lán)牙MESH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠有效降低設(shè)備工作時(shí)間占空比的功能，讓mesh設(shè)備做到可以使用電池供電，需要與朋友功能配合使用。低功耗功能：三、藍(lán)牙MESH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)幫助其他支持低功耗功能的節(jié)點(diǎn)緩存信息，讓支持低功耗功能的節(jié)點(diǎn)能在低功耗狀態(tài)下工作，支持朋友功能的節(jié)點(diǎn)被稱為朋友節(jié)點(diǎn)(Friendnode)。朋友功能：三、藍(lán)牙MESH-數(shù)據(jù)傳輸三、藍(lán)牙MESH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三、小結(jié)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)主要介紹了一對(duì)一及連接流程、一對(duì)多微微網(wǎng)和多對(duì)多的mesh網(wǎng)絡(luò)，每種組網(wǎng)方式都有各自網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，在實(shí)際工程中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇。階段總結(jié)思考題1一對(duì)一的配對(duì)流程是什么樣的？2藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)中有幾種功能的節(jié)點(diǎn)？物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)4-4藍(lán)牙協(xié)議模組認(rèn)知第四章藍(lán)牙如何使用藍(lán)牙技術(shù)完成數(shù)據(jù)的傳輸?01藍(lán)牙模組的組成02藍(lán)牙模組的分類03藍(lán)牙模組的選型04藍(lán)牙模組的使用一、藍(lán)牙模組的組成藍(lán)牙模塊一般具有二次開(kāi)發(fā)的特性一、藍(lán)牙模組的組成藍(lán)牙模組的分類藍(lán)牙模組的分類經(jīng)典藍(lán)牙模塊低功耗藍(lán)牙模塊一、藍(lán)牙模組的組成適用于數(shù)據(jù)量較大的傳輸，如語(yǔ)音、音樂(lè)等一般多使用BLE低功耗藍(lán)牙模塊擁有極低的運(yùn)行和待機(jī)功耗按應(yīng)用和支持協(xié)議劃分按應(yīng)用劃分藍(lán)牙數(shù)據(jù)模塊智能家居類消費(fèi)電子類按協(xié)議劃分一般多使用BT經(jīng)典藍(lán)牙模塊音頻需要大碼流的數(shù)據(jù)傳輸單模藍(lán)牙雙模藍(lán)牙支持藍(lán)牙某一種協(xié)議支持BT和BLE兩種協(xié)議藍(lán)牙音頻模塊低功耗藍(lán)牙BLE經(jīng)典藍(lán)牙BT泛指藍(lán)牙協(xié)議4.0以下的模塊支持藍(lán)牙協(xié)議4.0或更高的模塊成本和功耗低，適用于實(shí)時(shí)性要求比較高的產(chǎn)品中傳統(tǒng)藍(lán)牙模塊高速藍(lán)牙模塊傳輸速率約24mbps劃分藍(lán)牙分類藍(lán)牙分類一、藍(lán)牙模組的組成工業(yè)級(jí)的是-40～85℃商業(yè)級(jí)工作溫度范圍是0～70℃軍工級(jí)的是-55～150℃汽車工業(yè)級(jí)的是-40℃～+125℃按物理特性劃分如何選擇出合適的藍(lán)牙模組？三、藍(lán)牙模組的選型藍(lán)牙芯片性能選擇根據(jù)傳輸特性選擇根據(jù)封裝形式選擇四、藍(lán)牙模組的使用1.模塊與模塊之間透?jìng)鬟x好了藍(lán)牙模組，如何使用？四、藍(lán)牙模組的使用模塊與模塊之間透?jìng)魅⑿〗Y(jié)主要介紹了藍(lán)牙模組的組成、分類選型和使用。開(kāi)發(fā)中我們常用集成好的模組進(jìn)行，不涉及協(xié)議棧等底層驅(qū)動(dòng)，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單速度快，是快速使用藍(lán)牙通信的好方法。階段總結(jié)思考題1藍(lán)牙模組按照協(xié)議劃分有哪幾種？2藍(lán)牙外圍接口很多，用戶常用哪種方式？物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)4-5藍(lán)牙模組應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)踐（上）第四章藍(lán)牙JDY-24M型號(hào)的模組01模組的硬件連接及驅(qū)動(dòng)02模組的AT指令03模組配置實(shí)驗(yàn)一、模組的硬件連接及驅(qū)動(dòng)序號(hào)材料名稱材料數(shù)量1JDY-24M1個(gè)2USB轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)串口1個(gè)3電腦1臺(tái)4驅(qū)動(dòng)程序1套5串口助手軟件1套6連接線若干一、模組的硬件連接及驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)程序安裝一、模組的硬件連接及驅(qū)動(dòng)①②③打開(kāi)串口助手，單擊“更多串口設(shè)置”，選定USB轉(zhuǎn)TTL模塊所在的COM口。1波特率設(shè)定為115200，其余項(xiàng)目保持默認(rèn)。23勾選“加回車換行”。一、模組的硬件連接及驅(qū)動(dòng)取消“DTR”選擇框。4在發(fā)送窗口，輸入“AT”單擊“發(fā)送”按鈕。如果設(shè)置都正確，則在接收窗口會(huì)接收“OK”。5測(cè)試步驟二、模組的AT指令基本指令及查詢AT指令響應(yīng)參數(shù)備注AT+OK無(wú)測(cè)試指令A(yù)T+DEFAULT+OK

恢復(fù)出廠配置AT+RESET+OK無(wú)復(fù)位指令A(yù)T+VERSION+VERSION=JDY-24M-V1.3無(wú)查詢軟件版本號(hào)AT+LADDR+LADDR=<Param>Param:MAC地址十六進(jìn)制字符串查詢MAC地址AT+NAME<Param>+OKParam：BLE廣播默認(rèn)廣播名：JDY-24M最長(zhǎng)18字節(jié)設(shè)置模塊名字AT+NAME+NAME=<Param>查詢模塊名字AT+PIN<Param>+OK密碼4位設(shè)置訪問(wèn)密碼AT+PIN+PIN=<Param>默認(rèn)是1234查詢?cè)L問(wèn)密碼AT+TYPE<Param>+OKParam(0-2)0：連接無(wú)密碼1：有密碼連接，不綁定2：有密碼連接，并綁定3：默認(rèn)：0設(shè)置、查詢密碼連接形式AT+BAUD<Param>+OKParam:(2到8)默認(rèn)為4:9600設(shè)置模塊通信波特率AT+BAUD+BAUD=<Param>AT+BAUD查詢通信的波特率AT+STAT+STAT=<Param>Param(0-3)0：未連接1：已連接2：已組網(wǎng)3：已連接與組網(wǎng)查詢模塊的連接狀態(tài)二、模組的AT指令基本指令及查詢版本號(hào)MAC地址模組名稱密碼訪問(wèn)方式波特率連接狀態(tài)藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)傳輸透?jìng)髦噶顐鬏斔{(lán)牙模塊的工作模式主機(jī)模式從機(jī)模式二、模組的AT指令工作模式指令A(yù)T指令響應(yīng)參數(shù)備注AT+ROLE+ROLE=<Param>無(wú)查詢模塊工作模式AT+ROLE<Param>OKParam：（0-8）0：從機(jī)（App、微信、小程序）透?jìng)?：主機(jī)透?jìng)髂Ｊ?：多連從機(jī)模式（支持4個(gè)主機(jī)連接）7：多連主從機(jī)（主機(jī)支持同時(shí)連接4個(gè)從機(jī)，從機(jī)支持4個(gè)主機(jī)連接）接近時(shí)，默認(rèn)值：5：Mesh組網(wǎng)模式設(shè)定工作模式AT+NAME<Param>+OK

設(shè)置模塊名字AT+BAUD<Param>+OKParam:(2到8)默認(rèn)為4:9600設(shè)置模塊通信波特率AT+PIN<Param>+OK密碼4位設(shè)置訪問(wèn)密碼AT+TYPE<Param>+OK

設(shè)置密碼訪問(wèn)模式AT+RESET+OK無(wú)每次設(shè)定完復(fù)位三、模組配置實(shí)驗(yàn)設(shè)定1個(gè)模組為主機(jī)模式，設(shè)定名字為“JDY-24M_MASTER”。波特率為“115200”，訪問(wèn)密碼為“123456”，密碼訪問(wèn)方式為“1：依靠密碼訪問(wèn)，無(wú)需綁定”。請(qǐng)按照要求完成模組設(shè)置。實(shí)驗(yàn)要求三、模組配置實(shí)驗(yàn)（1）設(shè)置模塊波特率三、模組配置實(shí)驗(yàn)（2）工作模式查詢與設(shè)置（3）模組名稱設(shè)置三、模組配置實(shí)驗(yàn)（4）模組訪問(wèn)密碼和訪問(wèn)方式設(shè)定三、模組配置實(shí)驗(yàn)（5）復(fù)位三、模組配置實(shí)驗(yàn)三、小結(jié)以上介紹的是藍(lán)牙模組認(rèn)知，主要介紹了藍(lán)牙模組的組成、分類選型和使用。開(kāi)發(fā)中我們常用集成好的模組進(jìn)行，不涉及協(xié)議棧等底層驅(qū)動(dòng)，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單速度快。是快速使用藍(lán)牙通信的好方法。階段總結(jié)思考題1練習(xí)使用串口助手配置藍(lán)牙模組2按照實(shí)驗(yàn)要求配置藍(lán)牙模組物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)4-6藍(lán)牙模組應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)踐（下）第四章藍(lán)牙如何進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐渲?？藍(lán)牙模組的數(shù)據(jù)傳輸配置01透?jìng)鰽T指令集02透?jìng)鲗?shí)驗(yàn)03多連從機(jī)透?jìng)饕?、透?jìng)鰽T指令A(yù)T指令響應(yīng)參數(shù)備注AT+INQOK+DEV:1=1893D711AB87,-82,JDY-08Param：(0-4)搜索時(shí)間，默認(rèn)：0秒主機(jī)搜索從機(jī)會(huì)返回搜索到從機(jī)的編號(hào)、MAC地址、設(shè)備名等AT+CONN<Param>OK搜索到從機(jī)編號(hào)搜索列表連接AT+CONN+CONN=<Param>

查詢連接的從機(jī)