单片机与物联网实战：Bluetooth技术

蓝牙（Bluetooth）使用2.4～2.485GHz的ISM波段无线电波，实现固定设备、移动设备和楼宇个人局域网之间的短距离数据交换。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制，当时是作为RS232数据线的替代方案。蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。蓝牙由蓝牙技术联盟SIG（Bluetooth Special In-terest Group）管理。蓝牙技术联盟在全球拥有超过25000家成员公司，它们分布在电信、计算机、网络和消费电子等多重领域。IEEE将蓝牙技术列为IEEE802.15.1，但如今已不再维持该标准。蓝牙技术联盟负责监督蓝牙规范的开发，管理认证项目，并维护商标权益。

图4-4 WiFi、USB、Bluetooth之间的传输速率比较

制造商的设备必须符合蓝牙技术联盟的标准才能以“蓝牙设备”的名义进入市场。蓝牙技术拥有一套专利网络，可发放给符合标准的设备。如图4-4所示为WiFi、USB、Bluetooth之间的传输速率比较。

“蓝牙”技术的无线电收发器的链接距离可达30ft（1ft=0.3048m），不限制在直线范围内，甚至设备不在同一间房内也能相互链接；并且可以链接多个设备，最多可达7个，这就可以把用户身边的设备都链接起来，形成一个“个人领域的网络”（Personal areanetwork）。

1.蓝牙4.0技术解析

蓝牙4.0是2012年最新蓝牙版本，是3.0的升级版本；较3.0版本更省电、成本低、3ms低延迟、超长有效连接距离、AES-128加密等；通常用在蓝牙耳机、蓝牙音箱等设备。

1）速度：支持1Mbit/s数据传输率下的超短数据包，最少8个八组位，最多27个。所有连接都使用蓝牙2.1加入的减速呼吸模式（sniff subrating）来达到超低工作循环。

2）跳频：使用所有蓝牙规范版本通用的自适应跳频，最大程度地减少和其他2.4GHzISM频段无线技术的串扰。

3）主控制：更加智能，可以休眠更长时间，只在需要执行动作的时候才唤醒。

4）延迟：最短可在3ms内完成连接设置并开始传输数据。

5）范围：提高调制指数，最大范围可超过100m（根据不同应用领域，距离不同）。

6）健壮性：所有数据包都使用24-bitCRC校验，确保最大程度抵御干扰。(www.xing528.com)

7）安全：使用AES-128CCM加密算法进行数据包加密和认证。

8）拓扑：每个数据包的每次接收都使用32位寻址，理论上可连接数十亿设备；针对一对一连接优化，并支持星形拓扑的一对多连接；使用快速连接和断开，数据可以在网状拓扑内转移而无需维持复杂的网状网络。

2.蓝牙4.1技术解析

传输速率更快。

1）支持“多连一”：在蓝牙4.1技术中，就允许设备同时充当“Bluetooth Smart”和“Blue-tooth Smart Ready”，也就是说用户可以把多款设备连接到一个蓝牙设备上。

2）支持IPv6：可穿戴设备上网不易的问题，也可以通过蓝牙4.1来解决，因为新标准加入了对IPv6专用通道联机的支持。

3）简化设备连接：将设备间的连接和重新连接进行了大幅修正，可以为厂商在设计时提供更多的设计权限，包括设定频段创建或保持蓝牙连接，从而提升蓝牙设备连接的灵活性。

4）降低与LTE网络间的干扰：一旦蓝牙4.1和LTE网络同时传输数据，蓝牙4.1就会自动协调两者的传输信息，从而减少其他信号对于自身的干扰，传输速率也就有了保障。

5）向下兼容，无需更换芯片：蓝牙4.1不仅可以向下兼容4.0，更重要的是对现有的4.0设备来说，不需要更换芯片，只需要升级固件就可以免费升级到蓝牙4.1。

3.蓝牙系统组成

蓝牙系统一般由以下4个功能单元组成：天线单元、链路控制（固件）单元、链路管理（软件）单元和蓝牙软件（协议）单元。