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在通信模块设计开发过程中总有或多或少的问题，所以我们在设计时应该加倍注意细节，避免返工，下面我就分享下我的设计经验给大家，希望能帮助到大家。
无线通信模块设计技巧
模块必须用信号调制才能正常工作，常见的固定码编码器件如PT2262/2272，只要直接连接即可，非常简单，因为是专用编码芯片，所以效果很好传输距离很远。
模块还有一种重要的用途就是配合单片机来实现数据通讯，这时有一定的技巧：
1、合理的通讯速率
数据模块的最大传输数据速率为9.6KBs，一般控制在2.5k左右，过高的数据速率会降低接收灵敏度及增大误码率甚至根本无法工作。
2、合理的信息码格式
单片机和模块工作时，通常自己定义传输协议，不论用何种调制方式，所要传递的信息码格式都很重要，它将直接影响到数据的可靠收发。
码组格式推荐方案
前导码＋同步码＋ 数据帧，前导码长度应大于是10ms，以避开背景噪声，因为接收模块接收到的数据第一位极易被干扰（即零电平干扰）而引起接收到的数据错误。所以采用CPU编译码可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰。同步码主要用于区别于前导码及数据。有一定的特征，好让软件能够通过一定的算法鉴别出同步码，同时对接收数据做好准备。
数据帧不宜采用非归零码，更不能长0和长1。采用曼彻斯特编码或POCSAG码等。
3、单片机对接收模块的干扰
单片机模拟2262时一般都很正常，然而单片机模拟2272解码时通常会发现遥控距离缩短很多，这是因为单片机的时钟频率的倍频都会对接收模块产生干扰，51系列的单片机电磁干扰比较大，2051稍微小一些，PIC系列的比较小，我们需要采用一些抗干扰措施来减小干扰。比如单片机和遥控接收电路分别用两个5伏电源供电，将接收板单独用一个78L05供电，单片机的时钟区远离接收模块，降低单片机的工作频率，中间加入屏蔽等。
接收模块和51系列单片机接口时最好做一个隔离电路，能较好地遏制单片机对接收模块的电磁干扰。
接收模块工作时一般输出的是高电平脉冲，不是直流电平，所以不能用万用表测试，调试时可用一个发光二极管串接一个3K的电阻来监测模块的输出状态。
无线数据模块和PT2262/PT2272等专用编解码芯片使用时，连接很简单只要直接连接即可，传输距离比较理想，一般能达到600米以上，如果和单片机或者微机配合使用时，会受到单片机或者微机的时钟干扰，造成传输距离明显下降，一般实用距离在200米以内。
基于蓝牙芯片的无线通信模块设计应用案例
本文综合运用BlueCore2-External蓝牙芯片、FB2520带通滤波器和平衡不平衡变换器、LTCC陶瓷天线等设计了一款蓝牙无线通信模块。该通信模块能够代替电缆，有效地应用于环境复杂多变的工业现场，实现现场设备、接入点、手操器等设备的无线通信。实际测试结果表明本文介绍的无线通信模块运行稳定，工作可靠。
引言
蓝牙技术是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，它工作在全球通用的2.4GHz ISM 频段，采用跳频扩频技术，可以用于近距离通过无线连接的方式实现固定设备以及移动设备 之间的网络互连，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的数据和语音通信， 实现全方位的数据传输。
工业现场环境恶劣，有些地方工作人员甚至难以接近，特别是一些工业环境禁止使用电 缆（如超净或真空封闭的房间）或者很难使用电缆来传送数据（如高速旋转的设备、高空设 备、不适于布线的强腐蚀恶劣环境），这时采用蓝牙等无线通信技术代替电缆来实现现场设 备与监控网络间的数据传输就能有效解决上述问题。为此本文针对工业现场设备、接入点、 手操器等设计蓝牙无线通信模块，该模块具有体积小、完全嵌入蓝牙协议、性能可靠和组网 灵活等特点。验证了蓝牙技术应用于工业控制系统的可行性。
蓝牙模块的硬件设计
蓝牙模块的硬件结构框图如图 1 所示，包括BlueCore2-External（BC212015）蓝牙芯片、 SST39VF800 FLASH 芯片、FB2520 带通滤波器+平衡不平衡变换器、LTCC 陶瓷天线等。电 源由配套主设备引入，经过电源模块电平转换，为蓝牙主芯片、存储器、带通滤波器和平衡 不平衡转换器等提供所需的+3.3V 和+1.8V 电源。下面将对各个模块分别介绍。
BlueCore2 芯片介绍
蓝牙模块采用了 BlueCore2-External（BC212015）芯片，BlueCore2 是英国CSR 公司推 出的一款工作在2.4GHz 的ISM（工业、科学、医学）频段集成基带和射频的单芯片蓝牙芯片。
BlueCore2-External 芯片的内部结构如图1 所示。芯片内部主要集成有32Kbyte 片上RAM、 DSP、MCU、射频前端以及各种I/O 口。各种I/O 口包括SPI、UART、USB、PIO、PCM、 I2C 等接口。其中SPI、UART、USB 接口主要用来传输数据；I2C 总线用于链接EEPROM； PIO 接口为可编程接口；PCM 接口用来传输语音；在BlueCore2 中UART 接口的最大传输 数率为1.5Mbps，能够达到蓝牙标准中规定的723.2kbps 的数据传输数率。
储存电路
由于蓝牙芯片并不自带协议栈，需要外拓一块Flash 用来储存协议栈和应用软件。本设 计中选用了Silicon 存储科技公司（SST） 的SST39VF 系列中的一款， 闪存型号为 SST39VF800。SST39VF800 是SST 多用途高精度CMOS 闪存技术的成功典范，它采用了分 立门电路的元件设计方式和氧化通道喷射技术，使得其存储可靠性大大提高，工艺和性能都 远优于其它竞争对手。此外SST 还专门为便携式设备进行了SST39VF800 的性能优化，使 得它在运行中的能耗更小，程序执行速度更快，更加适合便携式设备使用。根据蓝牙协议栈 的大小采用8Mbit 的SST39VF800，读取时间为70ns，工作电压为2.7~3.6V，为了适应工业 现场苛刻的要求选用了支持-20℃~+85℃工业级温度范围的型号。
带通滤波器+平衡不平衡转换器（Balun）
通常射频发射机输出的是TX［_］A 和TX［_］B 两路差分信号，其输出特性是平衡（对称） 的。而天线输出的电缆是采用50 欧姆的不平衡同轴电缆，同轴电缆直接与平衡的系统连接 时，同轴电缆不单屏蔽层的里面有高频电流，而且屏蔽层的外面也有高频电流流过，这样就 会引起不必要的耦合，造成许多干扰，严重时甚至使周围的设备不能正常工作。所以，有必 要在天线和发射机输出端之间接入平衡-不平衡转换器。带通滤波器一般是无源器件它的作 用是滤除接收机不需要的频带内的信号，为低噪声放大器（LNA）提供选择性信号起到减 小干扰的作用。本设计中采用了***ACX 公司的集成带通滤波器+平衡不平衡转换器的器 件FB2520，带通滤波器和平衡-不平衡转换器集成在一起集成度更高有效的减小了电路板的 面积，该器件具有外型小巧，插入损耗低等优点，能够很好的完成平衡到不平衡端的转换和 带通滤波的功能。
电源模块 蓝牙模块需要
3.3V 和1.8V 两种电压，其中1.8V 是为蓝牙芯片和带通滤波器+平衡不平 衡转换器供电，3.3V 是为FLASH 芯片和蓝牙芯片的外围I/O 脚提供电压。由于从主设备引 入的电压为3.3V，所以在蓝牙模块上需要DC-DC 芯片实现电压转换。本设计中采用了广泛 应用于移动电话的XC6204B182MR 高速LDO 转换芯片进行3.3V 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
工商网监
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