CN110891264A - 基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，包括：蓝牙下载模块、Arduino开发板、WIFI模块、输出模块、USB转串口模块和供电模块，所述供电模块通过所述USB转串口模块连接至所述蓝牙下载模块，所述蓝牙下载模块分别通过Arduino开发板和WIFI模块连接至所述输出模块，其中，所述Arduino开发板和WIFI模块通过串口实现双向通信。本发明在Arduino开发板的基础上，集成WIFI模块，并设计了相应的蓝牙下载模块和USB转串口模块等，进而可以通过USB转串口实现数据下载，也可以通过蓝牙无线给WIFI模块实现数据下载，扩展了Arduino开发板不能联网等缺陷，满足开发者需求。

Description

基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板及其系统

技术领域

本发明涉及一种蓝牙开发板，尤其涉及一种基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，并涉及包括了该基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板的蓝牙开发系统。

背景技术

Arduino UNO在电子爱好者中运用最为广泛，Arduino UNO有着多种库函数提供开发者调用，对于传统的Arduino开发板，只有一块MCU并且需要不能直接进行开发物联网的项目，因此，对于传统Arduino开发板，是难以实现物联网项目的，虽然Arduino开发板包含的各种库函数能快速的实现用户想要的功能，但是WIFI模块可以联网，这是Arduino开发板所不具备的；另一方面，由于开发板可用的IO口较少，难以连接多个传感器，进行项目开发，因此，大多数的Arduino开发板需要有限USB下载，在一些特殊的场合不方便连接USB，就会造成程序难以调试。

总的来说，现在传统的Arduino开发板对于项目开发是不够完善，不能满足广大开发者的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够通过蓝牙同时实现Arduino开发板和WIFI模块的下载功能，进而有利于开发者程序的调试，满足开发者需求的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，并进一步提供包括了该基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板的蓝牙开发系统。

对此，本发明提供一种基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，包括：蓝牙下载模块、Arduino开发板、WIFI模块、输出模块、USB转串口模块和供电模块，所述供电模块通过所述USB转串口模块连接至所述蓝牙下载模块，所述蓝牙下载模块分别通过Arduino开发板和WIFI模块连接至所述输出模块，其中，所述Arduino开发板和WIFI模块通过串口实现双向通信。

本发明的进一步改进在于，还包括固件烧录模块，所述固件烧录模块连接至所述Arduino开发板。

本发明的进一步改进在于，还包括拨码模块，所述USB转串口模块通过所述拨码模块连接至所述蓝牙下载模块。

本发明的进一步改进在于，还包括Arduino开发板下载电路，所述Arduino开发板下载电路的一端与所述拨码模块相连接，所述Arduino开发板下载电路的另一端与所述Arduino开发板相连接。

本发明的进一步改进在于，还包括WIFI模块下载电路，所述WIFI模块下载电路的一端与所述拨码模块相连接，所述WIFI模块下载电路的另一端与所述WIFI模块相连接。

本发明的进一步改进在于，所述供电模块包括5V稳压电路，所述5V稳压电路分别与所述USB转串口模块、蓝牙下载模块和Arduino开发板相连接。

本发明的进一步改进在于，所述供电模块还包括3.3V稳压电路，所述3.3V稳压电路分别与所述USB转串口模块和WIFI模块相连接。

本发明的进一步改进在于，所述蓝牙下载模块包括蓝牙芯片U6、三极管开关单元和连接指示单元，所述三极管开关单元和连接指示单元分别与所述蓝牙芯片U6相连接。

本发明的进一步改进在于，所述三极管开关单元包括三极管Q1、三极管Q5、电容C2、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R21、发光二极管D6和电容C2，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R3连接至所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极通过电阻R2连接至5V电源，所述三极管Q1的集电极还通过电容C2连接至蓝牙复位端，所述三极管Q5的基极通过所述电阻R21连接至所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚，所述三极管Q5的发射极接地，所述三极管Q5通过所述电阻R6连接至所述发光二极管D6的负极，所述发光二极管D6的正极连接5V电源；所述连接指示单元包括电阻R4和发光二极管D1，所述蓝牙芯片U6的LED驱动管脚通过所述电阻R4连接至所述发光二极管D1的正极，所述发光二极管D1的负极接地。

本发明还提供一种基于Arduino+WIFI的蓝牙开发系统，包括了如上所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在Arduino开发板的基础上，添加了WIFI模块，并设计了相应的蓝牙下载模块和USB转串口模块等，进而可以通过USB转串口实现数据下载，也可以通过蓝牙无线给WIFI模块实现数据下载，扩展了Arduino开发板不能联网的缺陷；在此基础上，还在有线的USB转串口模块的基础上，添加了蓝牙下载模块实现蓝牙无线下载模式，极大方便程序的调试。本发明有线下载和无线下载切换方便，通过拨码模块实现拨码开关以设置下载方式，极大地提高了开发板的人性化设计，克服各自的使用受限问题，有利于开发者程序的调试，满足开发者需求。

附图说明

图1是本发明一种实施例的电路模块框图；

图2是本发明一种实施例的蓝牙下载模块的电路原理图；

图3是本发明一种实施例的Arduino开发板的电路原理图；

图4是本发明一种实施例的WIFI模块的电路原理图；

图5是本发明一种实施例的USB转串口模块的电路原理图；

图6是本发明一种实施例的供电模块的电路原理图；

图7是本发明一种实施例的固件烧录模块的电路原理图；

图8是本发明一种实施例的拨码模块的电路原理图；

图9是本发明一种实施例的Arduino开发板下载电路的电路原理图；

图10是本发明一种实施例的WIFI模块下载电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1至图6所示，本例提供一种基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，包括：蓝牙下载模块1、Arduino开发板2、WIFI模块3、输出模块4、USB转串口模块5和供电模块6，所述供电模块6通过所述USB转串口模块5连接至所述蓝牙下载模块1，所述蓝牙下载模块1分别通过Arduino开发板2和WIFI模块3连接至所述输出模块4，其中，所述Arduino开发板2和WIFI模块3通过串口实现双向通信。

本例基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板集成于PCB板上，所述PCB板设有Arduino开发板2(也称Arduino最小系统模块)和WIFI模块3(也称esp8266最小系统WIFI模块)。所述蓝牙下载模块1分别连接Arduino开发板2(也称Arduino最小系统模块，可以通过atmega328P芯片来实现)和WIFI模块3(也称esp8266最小系统WIFI模块)。三极管开关电路101连接至Arduino开发板2(如atmega328P)的复位引脚。Arduino开发板2(也称Arduino最小系统模块)和WIFI模块3(也称esp8266最小系统WIFI模块)的串口与所述USB转串口模块5相连。Arduino开发板2(也称Arduino最小系统模块)和WIFI模块3(也称esp8266最小系统WIFI模块)通过串口进行双向通信。电源部分使用AMS1117-5.0线性稳压5V，给整个电路板供电。该开发板集合了Arduino和WIFI的全部功能，WIFI部分既可以用做MCU,也可以作为从机通过Arduino控制，两款芯片均可以采用蓝牙做无线下载，增强了开发板的使用方便性，有利于开发者的调试，符合本例旨在解决Arduino开发板无法联网以及无法实现蓝牙无线下载功能的问题。所述输出模块4优选为IO引出电路模块，通过IO口实现输出。

如图2所示，本例所述蓝牙下载模块1包括蓝牙芯片U6、三极管开关单元101和连接指示单元102，所述三极管开关单元101和连接指示单元102分别与所述蓝牙芯片U6相连接。所述蓝牙芯片U6优先采用JDY-30芯片；所述三极管开关单元101包括三极管Q1、三极管Q5、电容C2、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R21、发光二极管D6和电容C2，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R3连接至所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极通过电阻R2连接至5V电源(如5V稳压电路601的输出端)，所述三极管Q1的集电极还通过电容C2连接至蓝牙复位端，所述三极管Q5的基极通过所述电阻R21连接至所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚，所述三极管Q5的发射极接地，所述三极管Q5通过所述电阻R6连接至所述发光二极管D6的负极，所述发光二极管D6的正极连接5V电源(如5V稳压电路601的输出端)；所述连接指示单元102包括电阻R4和发光二极管D1，所述蓝牙芯片U6的LED驱动管脚通过所述电阻R4连接至所述发光二极管D1的正极，所述发光二极管D1的负极接地。

本例根据所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚(第25脚STAT脚)来实现切换，当蓝牙下载模块1成功连接电脑并且接收到数据时，所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚(第25脚STAT脚)置高，当所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚(第25脚STAT脚)置高时，三极管Q1导通，电容C2两端的电压下降，由于电容本身的特性，电容C2两点的电压不能突变，电阻R2给电容充电，使得BT_RST输出一个正脉冲，BT_RST连接至Arduino开发板2的复位引脚，使得Arduino开发板2复位，进而实现Arduino开发板2的无线下载。

本例所述WIFI模块3(esp8266自动下载模块)的复位引脚同理，需要设置的是esp8266芯片IO0的电平，本例采用三极管Q5搭建三极管开关电路，电路分析如下，在没有下载程序时所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚(第25脚STAT脚)为低，IO0为高电平，下载程序时所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚(第25脚STAT脚)置高，LED0会被点亮，IO0置低，进而实现esp8266蓝牙无线下载。

如图3所示，本例所述Arduino开发板2也称Arduino最小系统模块，包含芯片U1、复位按键K3、电阻R1、电容C1、电容C12、接线端子P2、接线端子P3和接线端子P7。接线端子P7的1脚连接U1的15脚，接线端子P7的2脚接5V，接线端子P7的5脚接复位引脚，接线端子P7的7脚接芯片U1的17脚，接线端子P7的7脚接芯片U1的16脚，电阻R1接芯片U1的29号复位引脚。

USB信号通过所述USB转串口模块5的USB转串口芯片U2转化成TTL电平信号，当USB接口有信号的时候，如图5所示的USB转串口芯片U2，USB转串口芯片U2的第15脚和第16脚连接图8所示拨码模块8的拨码开关的第4脚和第5脚。

如图7所示，本例还包括固件烧录模块7，所述固件烧录模块7连接至所述Arduino开发板2，以便实现固件烧录和升级。

如图8所示，本例还包括拨码模块8，所述USB转串口模块5通过所述拨码模块8连接至所述蓝牙下载模块1，进而实现所述Arduino开发板2和WIFI模块3之间的开关切换功能。

如图9所示，本例还包括Arduino开发板下载电路9，所述Arduino开发板下载电路9的一端与所述拨码模块8相连接，所述Arduino开发板下载电路9的另一端与所述Arduino开发板2相连接。

如图10所示，本例还包括WIFI模块下载电路10，所述WIFI模块下载电路10的一端与所述拨码模块8相连接，所述WIFI模块下载电路10的另一端与所述WIFI模块3相连接。

本例需要给WIFI模块3(也称esp8266最小系统WIFI模块)下载程序，因此，在原有的基础上增加了所述WIFI模块下载电路10的设计，用于实现下载esp8266程序的控制单元，所述WIFI模块下载电路10包括电阻R21、三极管s8050、发光二极管D6和电阻R16等。

优选的，本例通过拨码模块8的2、3、6号管脚拨动到NO处，实现蓝牙下载esp8266程序。通过配置拨码模块1脚，拨动到NO处，即可实现蓝牙下载Arduino程序。这两种下载模式通过拨码模块可以随意切换，切换完成可以实现自动下载，无需手动复位。

本例增加了esp8266等WIFI的蓝牙无线下载方案，并兼容了Arduino无线下载方案，使开发板更具多样性，可以完成物联网的应用需求。

如图6所示，本例所述供电模块6包括5V稳压电路601，所述5V稳压电路601分别与所述USB转串口模块5、蓝牙下载模块1和Arduino开发板2相连接，用于给所述USB转串口模块5、蓝牙下载模块1和Arduino开发板2实现5V的稳压供电。所述5V稳压电路601为包含芯片U11的5V输出单元、芯片U8的5V稳压单元以及接线端子P6；其中所述的芯片U11的给所述芯片U1供电；所述U8的5V单元连接接线端子P6。

如图6所示，本例所述供电模块6还包括3.3V稳压电路602，所述3.3V稳压电路602分别与所述USB转串口模块5和WIFI模块3相连接；用于给所述WIFI模块3实现3.3V的稳压供电。

值得一提的是，本例的难点之一在于同时需要兼容Arduino开发板2和WIFI模块3的芯片，以及程序下载问题，在所述蓝牙下载模块1中只有一个信号接收标志端口，而WIFI模块3(也称esp8266最小系统WIFI模块)的下载模式的配置中，需要同时配置WIFI模块3(也称esp8266最小系统WIFI模块)的第7复位管脚的电平和第15号管脚IO0端口。WIFI模块3(也称esp8266最小系统WIFI模块)的第七脚需要接收一个下降沿脉冲，WIFI模块3(也称esp8266最小系统WIFI模块)第15号管脚IO0端口则需要持续拉低。

也就是说，如何集成Arduino开发板2和WIFI模块3，并不是简单的一加一的集成；本例在电路设计中采用的方案是，由于所述蓝牙下载模块1的STAT管脚在接收到信号时电平会拉高，通过三极管Q1时，三极管Q1导通，电容C2放电形成低电平，由于电容放电之后在充电形成下降沿脉冲复位信号进入esp8266第7管脚。同时三极管Q5导通，发光二极管D6被点亮，IO0端口被拉低。Esp8266芯片进入下载模式。当下载完成时，三极管Q1截止，三极管Q5截止，esp8266第7号管脚、第15号管脚被拉高，esp8266进入flash模式，下载完成程序并运行。

本例所述USB转串口模块5的USB转串口芯片下载串口，为了避免所述蓝牙下载模块1发生串口下载之间相互的干扰，本例采取的方案使用拨码模块8的开关配置Arduino芯片和esp8266芯片下载选择。

本例的设计亮点之一在于有机集成了Arduino开发板2和WIFI模块3，所述Arduino开发板2和WIFI模块3的两款芯片均可以通过蓝牙下载程序，极大地方便了程序的调试，以及下载程序布线的问题。在所述蓝牙下载模块1最开始的电路设计中存在着一些不足，如在三极管Q1和三极管Q5做开关管时，在最开始的蓝牙下载模块1电路设计中存在一些不足，一开始的设计电路在蓝牙没有在进行下载工作时三级管Q1和三极管Q5应保持截止状态，但由于在开发板的日常的使用中可能存在的静电现象，造成三极管Q1和三极管Q5的导通。因此，本例对这个问题进行了针对性的研究，并得到了有效的解决方案，如图2所示，在自行设计的蓝牙下载模块1电路的三极管Q1和三极管Q5这两个三级管基极处各加一个下拉电阻(电阻R3和电阻R21)，稳定电平，防止没有在下载程序时三极管基极电压被拉高而造成芯片的误复位等弊端。

本例还提供一种基于Arduino+WIFI的蓝牙开发系统，包括了如上所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板。

在所述基于Arduino+WIFI的蓝牙开发系统中，如果是工作在Arduino开发板2的模式下，Arduino开发板2通过蓝牙无线下载过程为通过电脑连接所述Arduino+wifi开发板的蓝牙下载模块1，更为具体的：步骤S1，通过拨码模块8的拨码开关设置下载模式，启动Arduino开发板2与电脑建立连接，判断Arduino开发板2与电脑建立连接是否成功，如是则执行下一步，如否，则返回步骤S1；Arduino开发板2接通电源，打开电源开关，打开电脑设置界面，选择蓝牙和其他设备选项，选择添加蓝牙或其他设备，选择蓝牙搜索，找到Contshine##点击连接，提示输入PIN时输入1234点击连接，连接成功电脑提示已配对。

步骤S2，在Arduino开发板2的IDE中将点亮开发板蓝灯的程序在开发板选择Arduino开发板2UNO，选择对应的蓝牙串口号上传；打开Arduino开发板2的IDE，写入点亮开发板蓝灯的程序，开发板选择Arduino开发板2的UNO选择对应的蓝牙串口号，点击上传。

步骤S3，查看Arduino开发板2的IDE是否有上传成功提示，如有提示，则观察Arduino开发板2上蓝牙指示灯是否熄灭，Arduino开发板2是否有复位，Arduino开发板2上蓝色LED是否点亮，如都是，则程序无线下载成功，如没有提示，则检查Arduino开发板2型号和串口号是否选对，如是，则检查是否存在其他故障，如否，则返回步骤S1。查看Arduino开发板2的IDE是否有上传成功提示，观察Arduino开发板2上蓝牙指示灯是否熄灭，Arduino开发板2是否有复位，然后再观察开发板上蓝色LED是否点亮，都是则程序无线下载成功，否则检查开发板型号和串口号是否选对。

WIFI模块3(esp8266)同样通过蓝牙实现无线下载，具体包括：步骤S1，点击连接，提示输入PIN时输入1234点击连接，连接成功电脑提示已配对。电脑连接开发板上的蓝牙，打开IDE选择找到。步骤S2，在WIFI模块3(esp8266)的IDE中将点亮开发板蓝灯的程序在开发板选择WIFI模块3(esp8266)，选择对应的蓝牙串口号上传；打开WIFI模块3(esp8266)的IDE，写入点亮开发板蓝灯的程序，开发板选择WIFI模块3(esp8266)选择对应的蓝牙串口号，模块拨码开关设置模式如表一，其中USB为有线USB转串口下载，BT为无线蓝牙下载，328P为芯片U1，8266为芯片U4。

本例集成了Arduino开发板2、WIFI模块3和蓝牙下载模块1，并通过拨码模块8的拨码开关实现设备无线下载程序，通过程序使WIFI模块3接入局域网或者互联网。

图8所示的是拨码模块8的电路设计，通过配置对应的管脚可以选择使用USB下载或者蓝牙下载，有线下载或者无线下载。拨码模块8的拨码开关设置模式如上表所示，其中USB为有线USB转串口下载，通过USB转串口模块5实现；BT为无线蓝牙下载，通过蓝牙下载模块1来实现。

本例所述固件烧录模块7兼容市面上大多数的avr isp下载器编程器，可以方便的直插在板子上进行固件烧写。

如果所述WIFI模块3(esp8266)在AP模式下做TCP serve，具体为：步骤1、将开发板用USB连接点电脑，打开电脑调试助手；步骤2、在串口调试助手上输入AT+CWMODE＝1，设置STA模式，成功模块返回OK，失败模块返回error；步骤3、输入AT+CWJAP＝"1","12345678"，连接WIFI，成功模块返回OK，失败模块返回error。

综上所述，本例在Arduino开发板2的基础上，添加了WIFI模块3，并设计了相应的蓝牙下载模块1和USB转串口模块5等，进而可以通过USB转串口实现数据下载，也可以通过蓝牙无线给WIFI模块3实现数据下载，扩展了Arduino开发板2不能联网的缺陷；在此基础上，还在有线的USB转串口模块5的基础上，添加了蓝牙下载模块1实现蓝牙无线下载模式，极大方便程序的调试。本例有线下载和无线下载切换方便，通过拨码模块8实现拨码开关以设置下载方式，极大地提高了开发板的人性化设计，克服各自的使用受限问题，有利于开发者程序的调试，满足开发者需求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，其特征在于，包括：蓝牙下载模块、Arduino开发板、WIFI模块、输出模块、USB转串口模块和供电模块，所述供电模块通过所述USB转串口模块连接至所述蓝牙下载模块，所述蓝牙下载模块分别通过Arduino开发板和WIFI模块连接至所述输出模块，其中，所述Arduino开发板和WIFI模块通过串口实现双向通信。

2.根据权利要求1所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，其特征在于，还包括固件烧录模块，所述固件烧录模块连接至所述Arduino开发板。

3.根据权利要求1所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，其特征在于，还包括拨码模块，所述USB转串口模块通过所述拨码模块连接至所述蓝牙下载模块。

4.根据权利要求3所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，其特征在于，还包括Arduino开发板下载电路，所述Arduino开发板下载电路的一端与所述拨码模块相连接，所述Arduino开发板下载电路的另一端与所述Arduino开发板相连接。

5.根据权利要求3所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，其特征在于，还包括WIFI模块下载电路，所述WIFI模块下载电路的一端与所述拨码模块相连接，所述WIFI模块下载电路的另一端与所述WIFI模块相连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，其特征在于，所述供电模块包括5V稳压电路，所述5V稳压电路分别与所述USB转串口模块、蓝牙下载模块和Arduino开发板相连接。

7.根据权利要求6所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，其特征在于，所述供电模块还包括3.3V稳压电路，所述3.3V稳压电路分别与所述USB转串口模块和WIFI模块相连接。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，其特征在于，所述蓝牙下载模块包括蓝牙芯片U6、三极管开关单元和连接指示单元，所述三极管开关单元和连接指示单元分别与所述蓝牙芯片U6相连接。

9.根据权利要求8所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板，其特征在于，所述三极管开关单元包括三极管Q1、三极管Q5、电容C2、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R21、发光二极管D6和电容C2，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R3连接至所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极通过电阻R2连接至5V电源，所述三极管Q1的集电极还通过电容C2连接至蓝牙复位端，所述三极管Q5的基极通过所述电阻R21连接至所述蓝牙芯片U6的串行接口管脚，所述三极管Q5的发射极接地，所述三极管Q5通过所述电阻R6连接至所述发光二极管D6的负极，所述发光二极管D6的正极连接5V电源；所述连接指示单元包括电阻R4和发光二极管D1，所述蓝牙芯片U6的LED驱动管脚通过所述电阻R4连接至所述发光二极管D1的正极，所述发光二极管D1的负极接地。

10.一种基于Arduino+WIFI的蓝牙开发系统，其特征在于，包括了如权利要求1至9任意一项所述的基于Arduino+WIFI的蓝牙开发板。

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