Подключение внешних устройств к ПК через Bluetooth


PDF версия

В статье описан метод подключения внешних устройств к компьютеру через беспроводной интерфейс Bluetooth, а также указаны преимущества использования данного интерфейса.

Самый простой способ подключения устройства к компьютеру — это использование последовательного порта. Однако с развитием компьютерной техники наметилось вытеснение интерфейсов RS232 или LPT, и все меньше современных настольных, а тем более переносных ПК содержат эти порты.

Самым распространенным в настоящее время интерфейсом связи с ПК является USB, однако с точки зрения схемотехники это не самое простое решение. Проблема в том, что не так много микроконтроллеров имеют встроенный USB порт, поэтому для сопряжения с ПК нужна по крайней мере одна дополнительная схема. С другой стороны, можно воспользоваться специальными интерфейсными чипами USB, преобразующими уровни TTL в данные USB. Эти чипы воспринимаются микроконтроллером (МК) как устройство UART, а компьютером — как виртуальный COM-порт, через который происходит связь с внешним устройством. Чипы USB могут быть встроены прямо в кабель. Доступ к данным, записанным в МК, осуществляется с помощью программы-эмулятора. Несмотря на то, что это довольно старый способ сопряжения, он вполне применим к самым современным ПК и подходит для любой операционной системы.

Беспроводное соединение

В предлагаемом вниманию читателей проекте используется более современный беспроводной интерфейс. Почти каждый портативный компьютер оснащен встроенным приемопередатчиком Bluetooth. Даже если его нет, всегда можно купить USB-адаптер Bluetooth, который работает по такому же принципу, как и чип USB-TTL. Для считывания данных не нужны дополнительные схемы. На компьютере, как и в предыдущем случае, может использоваться терминальный эмулятор или другая программная среда, которая осуществляет обмен данными через COM-порт.

Предлагаемое устройство сопряжения основано на миниатюрном Bluetooth-модуле LMX9838 компании National Semiconductor, структурная схема которого приведена на рисунке 1. Достоинством этой схемы является то, что РЧ-передатчик и стек протоколов Bluetooth, необходимые для связи, уже встроены в кристалл. Также в нем есть модуль памяти EEPROM для хранения конфигурации.

Рис. 1. Структурная схема LMX9838

Чип можно монтировать прямо на плату подключаемого устройства (горячим способом), однако более универсальным решением будет расположить его на отдельной небольшой плате и вывести с нее разъем UART и питания (6-выводной разъем, совместимый с разъемом кабеля TTL-USB). Это позволит использовать модуль вместо последовательного порта для подключения других устройств.

Печатная плата

Для удобства использованы такие же разъем и расположение выводов, что и на стандартном кабеле-адаптере, описанном выше. Как видно из рисунков 2 и 3, на небольшой плате расположено всего два внешних элемента: регулятор напряжения IC1 и кварцевый кристалл X1. Резонатор (и, соответственно, конденсаторы C9 и С10) не обязательны и нужны только для энергосберегающего режима. Если этот режим не используется, ножка 27 (32К+) подсоединяется к земле (GND), а конденсатор С10 можно заменить на резистор 0 Ом.

Рис. 2. Принципиальная схема адаптера

Рис. 3. Печатная плата

Перемычки JP1 и JP2 позволяют легко переключать линии RxD и TxD на разъеме К1 без каких-либо изменений в печатной плате. Перемычки JP3 и JP5 определяют скорость последовательного обмена. Возможны 9 600, 115 200, 921 600 бод или «чтение с NVS» (см. табл. 1). В режиме «чтение с энергонезависимой памяти (NVS)» используется значение, записанное в EEPROM. Обычно это 9 600 бод.

Табл. 1. Выбор скорости передачи

Скорость, бод

JP3

JP4

JP5

9 600

Закрыта

Открыта

Закрыта

115 200

Закрыта

Закрыта

Открыта

921 600

Закрыта

Закрыта

Закрыта

Чтение с NVS

Закрыта

Открыта

Открыта

С помощью программного инструмента «Simply Blue Commander» на ПК осуществляется настройка модуля через интерфейс UART. Скорость передачи по последовательному каналу устанавливается в диапазоне 2 400—921 600 бод. Другие параметры, такие как контроль по четности, стоповые биты и управление потоком данных также могут быть сконфигурированы программно.

Светодиоды D1 и D2 показывают статус устройств Bluetooth. Светодиод D1 горит в отсутствие подключения к другому Bluetooth-устройству. Светодиод D2 мигает для индикации процесса передачи, в остальное время он горит постоянно.

На плате предусмотрено подключение аудио канала к модулю (см. рис. 2), чтобы использовать плату в качестве Bluetooth-гарнитуры.

Протоколы Bluetooth

Обмен с компьютером — это только одно из базовых применений адаптера Bluetooth. Например, с помощью двух модулей можно построить беспроводную связь между двумя устройствами. Несомненно, популярность интерфейса Bluetooth растет с каждым годом. Стандарт переходит в мобильные телефоны, КПК и другие портативные устройства, поэтому потраченное на изучение протоколов время нельзя считать потерянным. Ниже мы рассмотрим только некоторые базовые операции, предоставив возможность читателям самим ознакомиться с протоколами более подробно, чтобы использовать возможности передачи на полную.

Физический уровень. Данные передаются на частоте 2,4 ГГц. Для уменьшения интерференции и предотвращения ошибок применяются методы скачкообразной перестройки частоты (протокол L2CAP).

На более высоком уровне производится выполнение прикладных задач и управление соединениями с другими устройствами. Установление связи и управление доступом осуществляется посредством протокола GAP (Generic Access Profile).

Протоколы SDAP (Service Discovery Application Profile) и SPP (Serial Port Profile) отвечают за взаимодействие устройств в сети. Протокол SDAP обнаруживает устройство Bluetooth и определяет, по какому протоколу будет осуществляться обмен. Более интересен протокол SPP, поскольку он использует РЧ-канал для образования виртуального кабеля последовательного интерфейса между двумя устройствами с сигналами UART на обоих концах потока данных.

Эту связь довольно легко настроить следующим образом. При обмене одно устройство идентифицируется как главное (master). Получив соответствующую команду на входе UART, оно высылает сообщение-запрос на передачу.

Второе устройство, slave, в ответ посылает сигнал подтверждения, который преобразуется в последовательность данных и высылается на вход UART устройства master. Более подробно процедура обмена описана в протоколе.

 

По вопросам приобретения образцов или сотрудничества с Elektor обращайтесь к Антону Денисову: anton@elcp.ru, тел.: (495) 741-77-01.

Оформить бесплатную еженедельную подписку на новостную рассылку от издания Elektor можно на сайте
www.elektor.com.

 

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *