藍牙是一種新興無線通訊技術是一個標準的無線通訊協議，可實現無線數據和語音通信。基于低成本設備的收發器芯片，可做近距離的無線連接，為固定和移動設備監理通信環境的一種近距離無線連接技術。其中，BLE藍牙模塊憑借工業級，低功耗，高性能的特性在民用領域物聯網各類設備中穩占一席。

BLE藍牙模塊

BLE藍牙模塊：ZXW BLE藍牙模塊根據藍牙標準分為4.0BLE藍牙模塊、4.2BLE藍牙模塊、5.0BLE藍牙模塊、5.2BLE藍牙模塊，目前基于BLE藍牙模塊的成熟方案有智能燈控方案、智能鎖方案、MAC地址二維碼掃描打印方案、以及基于藍牙的室內定位方案。目前BLE藍牙模塊已經廣泛應用于定位標簽，資產跟蹤，運動及健身傳感器，醫療傳感器，智能手表，遙控器，玩具等產品中。尤其藍牙5.0是針對物連網、智能家電、穿戴設備規范所制定的技術規范，在這些領域領先WiFi。

BLE藍牙模塊的工作原理

1、藍牙模塊主從關系

藍牙技術規定每一對設備之間進行藍牙通訊時，藍牙模塊必須一個為主角色，另一藍牙模塊為從角色，才能進行通信，通信時，必須由主端進行查找，發起配對，建鏈成功后，雙方即可收發數據。一個具備藍牙通訊功能的設備，可以在兩個角色間切換，平時工作在從模式，等待其它主設備來連接，需要時，轉換為主模式，向其它設備發起呼叫。一個藍牙設備以主模式發起呼叫時，需要知道對方的藍牙地址，配對密碼等信息，配對完成后，可直接發起呼叫。

2、藍牙模塊呼叫過程

藍牙主端設備發起呼叫，首先是查找，找出周圍處于可被查找的藍牙設備。主端設備找到從端藍牙設備后，與從端藍牙設備進行配對，此時需要輸入從端設備的PIN碼，也有設備不需要輸入PIN碼。

配對完成后，從端藍牙設備會記錄主端設備的信任信息，此時主端即可向從端設備發起呼叫，已配對的設備在下次呼叫時，不再需要重新配對。已配對的設備，做為從端的藍牙耳機也可以發起建鏈請求，但做數據通訊的藍牙模塊一般不發起呼叫。

鏈路建立成功后，主從兩端之間即可進行雙向的數據或語音通訊。在通信狀態下，主端和從端設備都可以發起斷鏈，斷開藍牙鏈路。

3、藍牙數據傳輸

藍牙數據傳輸應用中，一對一串口數據通訊是最常見的應用之一，藍牙模塊在出廠前即提前設好兩個藍牙模塊之間的配對信息，主端預存有從端設備的PIN碼、地址等，兩端設備加電即自動建鏈，透明串口傳輸，無需外圍電路干預。

一對一應用中從端設備可以設為兩種類型，一是靜默狀態，即只能與指定的主端通信，不被別的藍牙設備查找；二是開發狀態，既可被指定主端查找，也可以被別的藍牙設備查找建鏈。

BLE藍牙模塊工作模式

藍牙設備在各種應用場景扮演著不同的角色，而藍牙應用場景與其工作模式息息相關。BLE藍牙模塊一共有兩個主要工作角色，分別是主機和從機，其中做主機的藍牙模塊又分為掃描者，發起連接者和數據客戶端，而做從機的藍牙模塊又分為廣播者，被動連接者和數據服務器。

BLE藍牙模塊有7個主要工作模式，分別是工程師最為熟悉的主機模式，從機模式，主從一體，廣播者，觀察者，iBeacon模式，Mesh組網模式。

1、主機模式

負責掃描并發起建立請求的設備，可以和一個或多個從設備進行連接通信

定期的掃描周圍的廣播狀態設備發送的廣播信息，可以對周圍設備進行搜索并選擇所需要連接的從設備進行配對連接；

需要知道從設備的mac地址，配對密碼等信息，配對完成后，可直接連接，建立通信鏈路成功后，主從雙方就可以發送接收數據；

主設備可以設置默認連接從設備的mac地址；

支持白名單功能，模塊搜索到符合白名單的設備時就進行連接；

主設備找到從設備后，與從設備進行配對，此時需要輸入從設備的PIN碼；

主從透傳協議相同時，只需通過簡單的參數設置，即可實現主設備串口與從設備串口之間的數據透傳；

支持斷線重連功能，當異常干擾問題消失，模塊工作環境恢復正常，主設備會自動搜索剛剛斷連的從設備，盡可能減少數據的丟失，提高系統穩定性。

2、從機模式

負責廣播并接受連接請求的設備，不能主動的建立連接，智能等待別人來連接

從設備首先進入廣播狀態，等待被主機搜索，當主機掃描到從設備建立連接后，就可以和主機設備進行數據的收發；

從設備模式的藍牙模塊是可以被連接的，定期的和主機進行連接和數據傳輸，在數據傳輸過程中作從機；

一對一應用中從設備可以設為兩種類型，一是靜默狀態，即只能與指定的主設備通信，不被別的藍牙設備查找；二是開發狀態，既可被指定主設備查找，也可以被別的藍牙設備查找后建立連接；

從設備模式下，用戶可以根據協議自己開發APP。此模式下包含一個串口收發的Service，用戶可以通過UUID找到它，里面有兩個通道，分別是讀和寫。用戶可以操作這兩個通道進行數據的傳輸；

在通信狀態下，主設備和從設備都可以發起斷鏈，即斷開藍牙鏈路。

3、主從一體工作模式

可以同時作為主設備和從設備，在藍牙4.1協議規范后，添加了“鏈路拓撲”的功能，發揮中繼器的作用

藍牙模塊允許同時作為主設備和從設備，在任何角色組合中操作；

外圍的從節點設備信息可以不局限在本地保存，通過主從一體的藍牙模塊發揮中繼器的作用，搜集后上傳給云端或集中控制器保存或顯示；

主從一體額外增加了藍牙模塊的功能，成本優化和易用性； 如果藍牙模塊以前在封閉系統中作為主設備工作，那現在還可以同時作為從機連接到智能手機，從而實現新的連接維度；

4、廣播者工作模式

藍牙4.0以上設備必須支持的功能，一對多發送，周期性的向周圍設備廣播固定長度數據，向外廣播自己的mac地址，名稱以及支持的特性，主要是用于被其他的設備發現，而不是進行數據發送

模塊可以在低功耗的模式下持續的進行廣播，應用于極低功耗，小數據量，單向傳輸的應用場合。藍牙廣播通道的重要功能就是是用于發現設備，發起連接和發放數據；

藍牙的廣播一般是向外廣播自己的mac地址、名稱以及支持的特性，廣播主要是用于被其它的設備發現，而不是進行數據發送的；

廣播數據包有兩種：廣播包（Advertising Data）和響應包（Scan Response），其中廣播包是每個設備必須廣播的，而響應包是可選的，每個包長度都是固定字節N，數據包的長度N隨著藍牙協議的標準提高而擴容；

廣播模式主要有兩種使用場景：（1）單一方向的、無連接的數據通信，數據發送者在廣播信道上廣播數據，數據接收者掃描、接收數據；廣播者”將用作服務器。（2）面向連接的建立，如藍牙從設備廣播消息后由主設備搜索到后進行連接，廣播者和從設備模式的唯一區別是不能被主機連接，只能廣播數據。

5、觀察者工作模式

一對多接收 監聽和讀取空中的廣播數據 不能發起數據，只能持續掃描從機

觀察者模式，該模式下模塊為非連接；

應用于數據采集集中器的應用場合，如傳感器集中器采集等功能；

藍牙網關，藍牙模塊處于觀察者模式，無廣播，它可以掃描周圍的廣播設備，但不能要求與廣播設備連接。

6、iBeacon工作模式

藍牙4.0規范的基礎上發展而來的微定位技術，低功耗的藍牙信標，使用的是BLE技術，一種廣播模式，同時它也是擁有這個協議的一款低功耗藍牙設備（從機），工作在廣播模式，向周圍進行聯系下廣播，所有廣播數據在特定規則下進行排列

工作在廣播模式，利用的是BLE中名為“通告幀”（Advertising）的廣播幀。通告幀是定期發送的幀，只要是支持BLE的設備就可以接收到；

廣播的發射功率可以調整，不停的廣播藍牙設備的mac地址、UUID等固定字節的字符串等信息，接收到該字符串應用軟件會根據該字符串采取一些措施；

不能和任何低功耗藍牙主機進行連接，通常是放在室內的某個固定位置，借此向周圍進行連續性廣播，所有廣播數據在特定規則下進行排列。

7、Mesh組網工作模式

兼容4及5系列藍牙協議,實現“多對多”的設備通信，大規模組網,每個網絡可以連接理論最大65536個節點,不需要網關，每一個節點都可以作為AP和路由器

把藍牙設備作為信號中繼站，利用低功耗藍牙廣播的方式進行信息收發，藍牙Mesh技術拓展了藍牙的通訊關系，打破了以往藍牙設備只能夠主從一對一、廣播一對多通信的限制，使網絡內的藍牙設備可以實現“多對多”的設備通信；

通信時，當某個節點損壞或者堵塞時，可以自動繞過該節點，重新選擇路徑達到目的地，可以讓網絡更高效可靠； 每個節點都可以發送、接收、轉發消息。消息可以在Mesh網絡中被轉發從而到達更遠的距離；

在智能家居、智能建筑等眾多領域具有應用優勢，藍牙Mesh技術將成為物聯網短距離規模組網的最優方案。

目前藍牙技術已被廣泛應用于智能家居、消費電子、智慧醫療、汽車、智能穿戴設備和智能建筑設備在內的所有物聯網智能產品中，加速人與萬物互動的步伐。應用在物聯網領域內的藍牙模塊基本都屬于低功耗藍牙模塊，除上述應用外，藍牙模塊還可應用于家庭物聯網、車輛控制、彩燈控制方案、樓宇管理、超市商品Beacon推廣等領域。

審核編輯 黃宇