【雕爷学编程】Arduino动手做（96）---BT05蓝牙4.0BLE模块单片机

37款传感器与执行器的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止这37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手尝试系列实验，不管成功（程序走通）与否，都会记录下来—小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。
【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验九十六：BT-05蓝牙4.0BLE 模块串口引出 CC2541兼容HM-10 蓝牙AT09模块
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CC2541
是一款针对低能耗以及私有 2.4GHz 应用的功率优化的真正片载系统 (SoC) 解决方案。它使得使用低总体物料清单成本建立强健网络节点成为可能。 CC2541 将领先 RF 收发器的出色性能和一个业界标准的增强型 8051 MCU、系统内可编程闪存存储器、8kB RAM 和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起。 CC2541 非常适合应用于需要超低能耗的系统。这由多种不同的运行模式指定。运行模式间较短的转换时间进一步使低能耗变为可能。

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CC2540/41特性
（1）射频
–2.4GHz蓝牙符合低能耗规范和私有的RF片载系统
–支持250kbps，500kbps，1Mbps，2Mbps的制器内核数据速率–出色的链路预算，不使用外部前段而支持长距离应用–高达0dBm的可编程输出功率
–出色的接收器灵敏度（1Mbps时为-94dBm），可选择性，和阻挡性能
–适合于针对符合世界范围内的无线电频率调节系统：ETSIEN300328和EN3004402类（欧洲），FCCCFR4715部分（美国），和ARIBSTD-T66（日本）
（2）布局
–极少的外部组件–提供参考设计支持
–6mm×6mm方形扁平无引脚（QFN）-40封装
–与CC2540引脚兼容（当不使用USB或者I2C时）（ADC）
（3）低功率
–工作模式RX低至：17.9mA
–工作模式TX（0dBm）：18.2mA–功率模式1（4μs唤醒）：270μs–功率模式2（睡眠定时器打开）：1μs–功率模式3（外部中断）：0.5μs
（4）工作模式下TPS62730兼容低功率
–RX低至：14.7mA（3V电源）–TX（0dBm）：14.3mA（3V电源）
（5）微控制器
–具有代码预取功能的高性能和低功率8051微控制器内核
–系统内可编程闪存，128或者256KB
–在所有功率模式下具有保持功能的8KBRAM
–支持硬件调试
–扩展基带自动化，包括自动确认和地址解码
–所有功率模式中对所有相关寄存器的保持
（6）外设
–功能强大的5通道直接内存访问（DMA）
–通用定时器（1个16位，2个8位）
–红外（IR）生成电路
–具有捕捉功能的32kHz睡眠定时器
–精确数字接收到的数字信号强度指示器（RSSI）支持
–电池监视器和温度感应器
–含8通道和可配置分辨率的12位模数转换器（ADC）
–高级加密标准（AES）安全协处理器
–2个功能强大的支持几个串行协议的通用异步接收发器（UART）
–23个通用I/O引脚（21×4mA，2×20mA）
–I2C接口
–2个具有LED驱动功能的I/O引脚
–安全装置定时器
–集成的高性能比较器（7）开发工具
–CC2541评估模块工具包（CC2541EMK）
–CC2541小型开发工具包（CC2541DK-MINI）
–SmartRF?软件
–提供IAR嵌入式Workbench?

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CC2540/41软件特性
（1）符合针对单模式蓝牙低能耗（BLE）解决方案的符合蓝牙4.0协议的堆栈器
–完全功率优化堆栈，包括控制器和主机
–GAP-中心设备，外设，或者广播器（包括组合角色）
–属性协议（ATT）/通用属性配置文件（GATT）
–客户端和服务器
–L2CAP说明
（2）示例应用和配置文件
–针对GAP中心和外围作用的一般应用
–距离临近，加速计，简单关键字，和电池GATT服务
–BLE软件栈内支持更多应用
（3）多重配置选项
–单芯片配置，允许应用运行在CC2541上
–用于运行在一个外部微处理器接口
–BTool-用于评估、开发和测试的视窗（Windows）PC应用
应用范围
?2.4GHz蓝牙低能耗系统
?私有的2.4GHz系统
?人机接口器件（键盘，鼠标，遥控）
?体育和休闲设备1个HWI2C接口。
?移动电话附件?消费类电子产品

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CC2540/41经典应用电路

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CC2540/41
射频部分：支持BLE协议栈及私有2.4G RF片载系统；
传输速率：250kbps,500kbps,1Mbps,2Mbps;
输出功率：0dBm(支持可编程输出功率)
接收灵敏度：-94dBm@1Mbps；
适合针对符合世界范围内的无线电频率应用系统出色的链路预算，支持超长距离应用；
低功耗：工作模式RX低至17.9mA; 工作模式TX(0dBm):18.2mA; 功率模式1（4us唤醒）：270uA; 功率模式2（睡眠定时器开）：1uA; 功率模式3（外部中断）：0.5uA;
宽电源电压范围（2V-3.6V）;
MCU: 具有代码预取功能的高性能和低功耗8051内核；
可编程Flash：CC2541F128 128KB 和CC2541F256 256KB;
支持硬件调试；
扩展基带自动化，包括自动确认和低至解码；
各个功率模式下，相关寄存器数据保持；
外设：功能强大的5通道直接内存访问（DMA）;
通用定时器（1个16bit,2 个8bit）;
红外生产电路；
32kHz 具有捕获功能的睡眠定时器；
支持RSSI（数字信号强度指示器）；
电池监视器和温度传感器 8通道12位模数转化器（可配置分辨率）；
高级加密标准安全协处理器；
2个功能强大的支持多个串口协议的异步串口通信接口（UART）；
23个通用I/O接口（214mA; 220mA）;
IIC 接口；
2个大电流I/O(直接驱动LED)；
安全装置定时器；
集成的高性能比较器；
开发工具： CC2541 评估模块工具包（CC2541EMK）; CC2541 小型开发工具包（CC2541DK-MINI）; SmartRF 软件；提供IAR嵌入式Workbench。

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BT05蓝牙4.0BLE模块亮点：
1.超低待机功耗 90uA~400uA
2.超远连接距离32.8英尺/10米
3.超快反应速度0.4秒
4.安卓、苹果、PC、MAC全通用.
5.收发无字节限制，最高可达3K Bytes/秒
6.不需要做MFI
7.IOS系统完美支持
8.Android4.3系统完美支持.
9.主从一体模块，具透传、远控、PIO采集三种功能，通过AT指令集进行切换和设置，
与您之前用过的蓝牙串口模块一样，在不改PCB和下位机程序的情况下轻松升级到蓝4.0！

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模块电原理图

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BT05蓝牙4.0BLE模块特点：
使用条件：苹果手机限定：4S及以上型号，系统版本iOS6及以上
安卓手机限定：系统为4.3版本及以上，手机蓝牙版本为4.0。
1、核心模块使用BT05从模块，引出接口包括VCC,GND,TXD,RXD,STATE。预留LED状态输出脚，单片机可通过该脚状态判断蓝牙是否已经连接，
2、LED指示蓝牙连接状态，闪烁表示没有蓝牙连接，常亮表示蓝牙已连接并打开了端口，STATE脚输出高电平为已连接，其他状态为低电平。
3、设置模块为主模式：模块已经为软件设置主从模块，通过串口发送AT+ROLE1(回车或者加\r\n），返回OK，则表示设置成功，此时模块LED灯进入快闪。主模块连接从模块需要通过AT指令进行连接(详情请参照BT05 AT指令集）。
4、底板3.3V LDO,输入电压3.6~6V，输入电压禁止超过7V！
5、接口电平3.3V，可以直接连接各种单片机（51，AVR,PIC,ARM,MSP430等），5V单片机也可直接连接，无需MAX232也不能经过MAX232!
6、空旷地有效距离7-10米，超过10米也是可能的，但不对此距离的连接质量做保证
7、配对以后当全双工串口使用，无需了解任何蓝牙协议，但仅支持8位数据位、1位停止位、无奇偶校验的通信格式，这也是最常用的通信格式，不支持其他格式。
8、在未建立蓝牙连接时支持通过AT指令设置波特率、名称、配对密码，设置的参数掉电保存。蓝牙连接以后自动切换到透传模式
9、体积小巧（3.57cm*1.52cm），工厂贴片生产，保证贴片质量。并套透明热缩管，防尘美观，且有一定的防静电能力。
10、该链接为从机，从机能与各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、大部分带蓝牙的手机、PDA、PSP等智能终端配对，从机之间不能配对。

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模块接线
输入电压：3.3V/5V 只需要一组电源供电。
内置电平转换功能。
如果用5.0V MCU与蓝牙模块通讯，5.0V电源端口供电，RX TX 逻辑电平5V
如果用3.3V MCU与蓝牙模块通讯，3.3V电源端口供电，RX TX 逻辑电平3.3V
RX，蓝牙模块串口接收端与MCU的TXD连接。
TX，蓝牙模块串口发送端与MCU的RXD连接。
GND，地端电源负极
3.3V，电源端3.3V电源
5V，电源端5V电源

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模块使用注意事项
MLT-BT05 4.0 蓝牙模块工作在 2.4G 无线频段，应尽量避免各种因素对无线收发
的影响，注意以下几点：
1、包围蓝牙模块的产品外壳避免使用金属，当使用部分金属外壳时，应尽量让模块天线部分远离金属部分。
2、产品内部金属连接线或者金属螺钉，应尽量远离模块天线部分。
3、模块天线部分应靠载板 PCB 四围放置，不允许放置于板中，且天线下方载板铣空，与天线平行的方向，不允许铺铜或走线。直接把天线部分直接露出载板，也是比较好的选择。
4、模块下方尽量铺大片 GND，走线尽量往外围延伸。
5、建议在基板上的模块贴装位置使用绝缘材料进行隔离，例如在该位置放一个
整块的丝印（TopOverLay）。
小常识（非常重要）
TXD：发送端，一般表示为自己的发送端，正常通信必须接另一个设备的RXD。
RXD：接收端，一般表示为自己的接收端，正常通信必须接另一个设备的TXD。
正常通信时候本身的TXD永远接设备的RXD!
自收自发：正常通信时RXD接其他设备的TXD，因此如果要接收自己发送的数据顾名思义，也就是自己接收自己发送的数据，即自身的TXD直接连接到RXD，用来测试本身的发送和接收是否正常，是最快最简单的测试方法，当出现问题时首先做该测试确定是否产品故障，也称回环测试。

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蓝牙4.0BLE
蓝牙发展至今经历了8个版本的更新，1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1、4.2。那么在1.x~3.0之间的我们称之为传统蓝牙，4.x开始的蓝牙我们称之为低功耗蓝牙也就是蓝牙ble，当然4.x版本的蓝牙也是向下兼容的。android手机必须系统版本4.3及以上才支持BLE API。低功耗蓝牙较传统蓝牙，传输速度更快，覆盖范围更广，安全性更高，延迟更短，耗电极低等等优点。（现在的穿戴设备都是使用BLE蓝牙技术的）
传统蓝牙与低功耗蓝牙通信方式也有所不同，传统的一般通过socket方式，而低功耗蓝牙是通过Gatt协议来实现。
主要优点
低功耗，使用标准有机电池，可运行一年乃至数年，成本低，可以完全实现兼容，速度支持1M的数据传输，可以最大程度的减少4G的串扰，更加智能，最大可以在3毫秒内完成数据的传输，安全性采用加密算法，会有数据包的加密和认证。所以蓝牙4.0的优点就是3种规格于一体，包括传统蓝牙的技术，与3.0的版本最大的区别就是功耗更低了，4.0的版本比老版本的功耗低了90%，随着蓝牙技术由手机，游戏，电脑，汽车等传统领域向物联网，医疗等新领域的发展，对用户的要求也就会越来越高，4.0的版本强化了数据传输的技术，又更注重了低功耗的性能。

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实验开源代码

/*【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验九十六：BT-05蓝牙4.0BLE 模块串口引出 CC2541兼容HM-10模块1、实验项目：Arduino 调试源代码2、实验接脚：TXD = D0RXD = D1GND = GNDVCC = 3.3V*/void setup(){Serial.begin(9600); }void loop(){while(Serial.available()){char c=Serial.read(); if(c=='A'){Serial.println("Hello I am eagler8"); }}}

实验串口返回情况

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实验开源图形编程（Mind+、Mixly、编玩边学）

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实验场景图

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这几天在网上一直搜索蓝牙4.0BLE的电脑端调试软件和手机上调试app，也去了微信平台查询相关调试小程序，感觉比传统蓝牙（2.0，3.0）模块要复杂一些，老是不得要领…

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实验开源代码

/*【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验九十六：BT-05蓝牙4.0BLE 模块串口引出 CC2541兼容HM-10模块1、实验项目：通过BLE蓝牙模块与Arduino通信控制LED2、实验接脚：CC2541模块与Uno：VCC——3.3VGND——GNDTXD——RXRXD——TX*/#include char c=' '; const byte led=13; void setup() {Serial.begin(9600); Serial.println("BT is ready!"); pinMode(led, OUTPUT); }void loop(){if(Serial.available()){c=Serial.read(); Serial.println("Got input:"); Serial.println(c); //1的ASCII为49，0的ASCII为48if(c==49){Serial.write("Serial--13--high"); digitalWrite(13, HIGH); }if(c==48){Serial.write("Serial--13--low"); digitalWrite(13, LOW); }}}

【【雕爷学编程】Arduino动手做（96）---BT05蓝牙4.0BLE模块】实验串口返回情况