CN113613224A

CN113613224A - 一种基于2.4g芯片的蓝牙通讯方法

Info

Publication number: CN113613224A
Application number: CN202110837949.7A
Authority: CN
Inventors: 刘敏; 黄生龙
Original assignee: Shanghai Panchip Microelectronics Co ltd
Current assignee: Shanghai Panchip Microelectronics Co ltd
Priority date: 2021-07-23
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2021-11-05

Abstract

本发明公开了一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，属于通讯领域，用于包含2.4G芯片的设备与一蓝牙设备之间的通讯，包括：判断发送端和接收端；包含2.4G芯片的设备向蓝牙设备发送一第一数据包，第一数据包为包含有广播蓝牙通讯协议的2.4G数据包，蓝牙设备接收第一数据包；蓝牙设备向包含2.4G芯片的设备发送一第二数据包，第二数据包为包含有2.4G无线通信协议的BLE广播包，包含2.4G芯片的设备接收第二数据包。本发明的有益效果在于：实现低成本、快捷地蓝牙通讯方式，不需要了解复杂的蓝牙协议，无需专门的2.4G遥控器，即可实现2.4G芯片与BLE设备的随时互相通讯。

Description

一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法。

背景技术

作为目前全世界公开通用使用的无线技术，2.4GHz无线技术是一种短距离的无线传输技术，其频段处于2.400GHz～2.4835GHz之间，并且使用这个频段不会受到限制，全球各种无线产品均可以使用这个频段，例如手机，无线路由器，灯具遥控开关等。它的整体频宽使得整体数据传输速率得到了提高，并且它的传输距离较远。随着技术的发展，各厂商可以将2.4GHz的无线产品制作的更加小巧，并且减少耗电。

蓝牙(Bluetooth)可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换，其使用2.4～2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波。

现有技术中，蓝牙设备只能使用专门的2.4G遥控设备来控制2.4G芯片，无法适用于室内定位、遥控器、玩具等行业，造成蓝牙设备的使用范围受限制，因此针对以上问题，迫切需要设计出一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，实现使用2.4G芯片与BLE设备(手机、蓝牙主机)等的互相通讯。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，用于包含所述2.4G芯片的设备与一蓝牙设备之间的通讯，包括：

步骤S1，判断发送端为所述包含所述2.4G芯片的设备，接收端为所述蓝牙设备时，则转入步骤S2；

判断所述发送端为所述蓝牙设备，所述接收端为所述包含所述2.4G芯片的设备时，则转入步骤S3；

步骤S2，所述包含所述2.4G芯片的设备向所述蓝牙设备发送一第一数据包，所述第一数据包为包含有广播蓝牙通讯协议的2.4G数据包，所述蓝牙设备接收所述第一数据包，并结束流程；

步骤S3，所述蓝牙设备向所述包含所述2.4G芯片的设备发送一第二数据包，所述第二数据包为包含有2.4G无线通信协议的BLE广播包，所述包含所述2.4G芯片的设备接收所述第二数据包，并结束流程。

优选地，所述步骤S2中，所述包含所述2.4G芯片的设备向所述蓝牙设备发送一第一数据包，之前还包括：

步骤S21，所述包含所述2.4G芯片的设备自定义形成一第一初始数据包，所述第一初始数据包包括3比特的前导码、3-5比特的地址、数据体、3比特的循环冗余校验码；

步骤S22，所述包含所述2.4G芯片的设备将规范的所述BLE广播包插入至所述第一初始数据包的所述数据体中，以形成所述第一数据包，所述BLE广播包包括1比特的前导码、4比特的接入地址、协议数据单元和3比特的循环冗余校验码。

优选地，所述步骤S2中，还包括：

步骤S23，关闭所述包含所述2.4G芯片的设备的扰码功能；

步骤S24，通过一伪随机序列对所述BLE广播包中的所述协议数据单元和所述循环冗余校验码进行加扰处理。

优选地，所述步骤S24中，通过7位自循环寄存器输出所述伪随机序列。

优选地，所述伪随机序列包括若干子序列，所述步骤S24包括：

步骤S241，对所述伪随机序列中的所述若干子序列进行加扰处理，根据所述子序列的自取值以及所述子序列在所述伪随机序列中被加扰的起始位置得到每个所述子序列的加扰结果；

步骤S242，将所有所述子序列的加扰结果与所述BLE广播包中的协议数据单元和循环冗余校验码进行异或处理。

优选地，所述包含所述2.4G芯片的设备将所述包含有广播蓝牙通讯协议的2.4G数据包连续跳频发送所述蓝牙设备的三个频点上。

优选地，所述步骤S3中，所述蓝牙设备向所述包含所述2.4G芯片的设备发送一第二数据包，之前还包括：

步骤S31，所述蓝牙设备自定义形成一第二初始数据包，所述第二初始数据包包括1比特的前导码、4比特的接入地址和、协议数据单元和3比特的循环冗余校验码；

步骤S32，所述蓝牙设备将规范的所述2.4G数据包插入所述第二初始数据包中形成所述第二数据包，所述2.4G数据包包括3比特的前导码、3-5比特的地址、数据体、3比特的循环冗余校验码。

优选地，所述包含有2.4G无线通信协议的BLE广播包中，还包括数据头，所述2.4G数据包的插入位置位于所述第二初始数据包的数据头和循环冗余校验码之间。

优选地，所述步骤S3中，所述包含所述2.4G芯片的设备的扰码功能和循环冗余校验码功能均为开启状态。

优选地，所述包含所述2.4G芯片的设备的接收频点与所述2.4G无线通信协议中包含的所述BLE广播包的频点一致。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种实现低成本、快捷的蓝牙通讯方式，替代现有的BLE设备中的蓝牙芯片，不需要了解复杂的蓝牙协议，即可实现2.4G芯片与BLE设备的随时互相通讯，无需专门的2.4G遥控器，通过蓝牙设备可以直接控制2.4G芯片，完成数据交互，可广泛应用在智能家居、消费玩具、生活用品等领域。

附图说明

图1为本发明中，一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法的流程示意图；

图2为本发明中，所述步骤S2具体实施例的流程示意图；

图3为本发明中，所述步骤S22之后具体实施例的流程示意图；

图4为本发明中，所述步骤S24具体实施例的流程示意图；

图5为本发明中，所述步骤S3具体实施例的流程示意图；

图6为本发明中，蓝牙设备与包含2.4G芯片的设备进行通讯的具体实施例的原理框图；

图7为本发明中，抽象后的XN297L芯片中XN297L作为发送端的收发流程图；

图8为本发明中，抽象后的XN297L芯片XN297L作为接收端的收发流程图；

图9为本发明中，输出伪随机序列的7位自循环寄存器的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，属于通讯领域，如图1-6所示，用于包含2.4G芯片的设备与一蓝牙设备之间的通讯，包括：

步骤S1，判断发送端为包含2.4G芯片的设备，接收端为蓝牙设备时，则转入步骤S2；

判断发送端为蓝牙设备，接收端为包含2.4G芯片的设备时，则转入步骤S3；

步骤S2，包含2.4G芯片的设备向蓝牙设备发送一第一数据包，第一数据包为包含有广播蓝牙通讯协议的2.4G数据包，蓝牙设备接收第一数据包，并结束流程；

步骤S3，蓝牙设备向包含2.4G芯片的设备发送一第二数据包，第二数据包为包含有2.4G无线通信协议的BLE广播包，包含2.4G芯片的设备接收第二数据包，并结束流程。

具体的，在本实施例中，参见图6，为包含2.4G芯片的设备与手机/BLE芯片通信原理框图，2.4G发射端基于XN297L无线通信协议发送2.4G数据包至2.4G接收端(参见如下表一)；2.4G发射端基于Beacon Transceiver协议发送2.4G数据包至手机/BLE芯片(参见如下表二)；手机/BLE芯片基于Beacon Transceiver协议发送BLE数据包至2.4G接收端(参见如下表三)。

表一 2.4G数据包(XN297L无线通信协议)

字节长度	3	3-5	1-64	2
					说明	前导码	接入地址	数据	校验

表二 2.4G数据包(包含广播蓝牙通讯协议)

字节长度	3	3-5	1-64	2
					说明	前导码	接入地址	BLE广播包	校验

表三 BLE广播包(包含XN297L无线通信协议)

字节长度	1	4	1	1	0-37	3
							说明	前导码	接入地址	报头	长度	2.4G数据包	校验

作为优选的实施方式，包含2.4G芯片的设备和蓝牙设备基于Beacon Transceiver协议传输数据包。

具体的，本实施例中，2.4G芯片包括XN297L芯片，蓝牙设备包括BLE芯片；由于XN297L 2.4G芯片与BLE芯片在物理层面上有着诸多兼容的特性，这是2.4G芯片能与BLE芯片互通的必要条件。基于此，Beacon Transceiver协议规定了XN297L与BLE芯片之间的通信格式和通信流程，按照该协议，使得XN297L 2.4G芯片能与任意支持BLE广播的设备进行通信。

作为优选的实施方式，如图5所示，步骤S3中，蓝牙设备向包含2.4G芯片的设备发送一第二数据包，之前还包括：

步骤S31，蓝牙设备自定义形成一第二初始数据包，第二初始数据包包括1比特的前导码、4比特的接入地址和、协议数据单元和3比特的循环冗余校验码；

步骤S32，蓝牙设备将规范的2.4G数据包插入第二初始数据包中形成第二数据包，2.4G数据包包括3比特的前导码、3-5比特的地址、数据体、3比特的循环冗余校验码。

作为优选的实施方式，包含有2.4G无线通信协议的BLE广播包中，还包括数据头，2.4G数据包的插入位置位于第二初始数据包的数据头和循环冗余校验码之间。

作为优选的实施方式，步骤S3中，包含2.4G芯片的设备的扰码功能和循环冗余校验码功能均为开启状态。

作为优选的实施方式，包含2.4G芯片的设备的接收频点与2.4G无线通信协议中包含的BLE广播包的频点一致。

具体的，在本实施例中，包含2.4G芯片的设备作为接收端，即XN297L2.4G芯片接收蓝牙设备发送的广播数据包(或手机APP发送)；

表四 XN297L普通模式的数据包格式

其中，前导码固定为0x710F55，地址的长度(3-5字节)和数据可配，CRC为硬件生成。

表五 BLE广播包的数据格式如下所示：

XN297L在匹配数据时，需要使前导码、地址和CRC的匹配全部通过。

为了使XN297L能匹配上蓝牙设备发送的数据包，需要使XN297L数据包包含于BLE包内，即BLE发送的数据包应满足如下格式：

表六包含有2.4G无线通信协议(XN297L数据包)的BLE广播包

对XN297L的发送过程进行如下抽象：参见图7，为抽象后的XN297L收发流程，其中，XN297L的Payload为A，XN297L(TX)可以等效为映射关系F，XN297L(RX)等效为映射关系F-1。

参见图8，也是抽象后的XN297L收发流程，其中将发送端替换为BLE(TX)，将BLE的Payload记为X，BLE(TX)等效为其映射关系记为G。

为了使接收端能成功匹配并收到数据，需要满足条件：一段完整的F(A)被包含于G(X)之中。

在这种匹配机制下，不需要再对接收端的XN297L进行额外的配置，只需要保持扰码和CRC功能开启，并将接收频点设置为和BLE广播包频点一致即可。在BLE发送端(如手机App上)，主要的工作是由F、G、A逆推反解出X。

作为优选的实施方式，如图2所示，步骤S2中，包含2.4G芯片的设备向蓝牙设备发送一第一数据包，之前还包括：

步骤S21，包含2.4G芯片的设备自定义形成一第一初始数据包，第一初始数据包包括3比特的前导码、3-5比特的地址、数据体、3比特的循环冗余校验码；

步骤S22，包含2.4G芯片的设备将规范的BLE广播包插入至第一初始数据包的数据体中，以形成第一数据包，BLE广播包包括1比特的前导码、4比特的接入地址、协议数据单元和3比特的循环冗余校验码。

具体的，在本实施例中，包含2.4G芯片的设备作为发送端，即XN297L2.4G芯片发送蓝牙广播数据包(手机APP接收)；

表七 BLE广播包的数据格式

其中，前导码为0xAA或0x55，广播包通用接入地址为{0xD6,0xBE,0x89,0x8E}。PDU部分也需要满足BLE的AD Structure结构规范。

表八 XN297L普通模式的数据包格式

其中，前导码固定为0x710F55，地址的长度(3-5字节)和数据可配，CRC为硬件生成。蓝牙在扫描广播包时，需要使前导码、接入地址和、PDU格式和CRC校验全部通过。

为了使手机能匹配上XN297L发送的数据包，需要使BLE广播包包含于XN297L的数据包内，即XN297L发送的数据包应满足如下表九中的格式：

表九包含有广播蓝牙通讯协议的2.4G数据包

和XN297L接收蓝牙数据类似地，为了使收端能成功匹配并受到数据，需要在发送端构造出满足BLE广播包格式的数据，填入XN297L的Payload内。模型的建立和XN297L接收蓝牙数据基本相同，数据的构造过程也为其逆过程。

不同的是，XN297L作为发送端时，需要关闭硬件扰码功能，并加入软件模拟的BLE扰码。

XN297L的发送间隔使用BLE广播包的标准发送间隔：100ms。同时为了降低接收延迟(降低丢包率)，需要加入跳频，在BLE的三个频点上各发送一次。跳频发送不需要设置间隔，即每100ms可以连续发送3次。手机APP开启蓝牙扫描，即可接收到XN297L 2.4G芯片发送的广播数据。

作为优选的实施方式，如图3所示，步骤S2中，还包括：

步骤S23，关闭包含2.4G芯片的设备的扰码功能；

步骤S24，通过一伪随机序列对BLE广播包中的协议数据单元和循环冗余校验码进行加扰处理。

作为优选的实施方式，如图4所示，步骤S24中，通过7位自循环寄存器输出伪随机序列。

作为优选的实施方式，伪随机序列包括若干子序列，步骤S24包括：

步骤S241，对伪随机序列中的若干子序列进行加扰处理，根据子序列的自取值以及子序列在伪随机序列中被加扰的起始位置得到每个子序列的加扰结果；

步骤S242，将所有子序列的加扰结果与BLE广播包中的协议数据单元和循环冗余校验码进行异或处理。

作为优选的实施方式，包含2.4G芯片的设备将包含有广播蓝牙通讯协议的2.4G数据包连续跳频发送蓝牙设备的三个频点上。

于上述较佳的实施例中，如图9所示，本实施例中，XN297L作为发送端时，采用7位自循环寄存器(7位移位寄存器)实现扰码和CRC算法，BLE芯片和XN297L芯片中使用的是相同的扰码算法，移位寄存器生成一个伪随机序列，与data in进行异或，得到data out。

BLE芯片所使用的移位寄存器(或伪随机序列)的初始值与频点有关(channelindex)：

(1)reg[0]固定为1

(2)reg[1]-reg[6]由channel index转为二进制得到。

(3)最高有效位MSB位于reg[0]，最低有效位LSB位于reg[6]。

例如，当通道索引channel index＝23(16进制为0x17)

reg[0]＝1，reg[1]＝0，reg[2]＝1，reg[3]＝0，reg[4]＝1，reg[5]＝1，reg[6]＝1。

BLE芯片需跳频使用到3个频点，其中，2402MHz对应channel index＝37(16进制为0x26)

reg[0]＝1，reg[1]＝1，reg[2]＝0，reg[3]＝0，reg[4]＝1，reg[5]＝0，reg[6]＝1；

2426MHz channel index＝38(16进制为0x27)

reg[0]＝1，reg[1]＝1，reg[2]＝0，reg[3]＝0，reg[4]＝1，reg[5]＝1，reg[6]＝0；

2480Mhz channel index＝39(16进制为0x28)

reg[0]＝1，reg[1]＝1，reg[2]＝0，reg[3]＝0，reg[4]＝1，reg[5]＝1，reg[6]＝1。

在XN297L芯片中，全部使用channel index＝0x3F进行初始化，即移位寄存器值全为1，reg[0]＝1，reg[1]＝1，reg[2]＝1，reg[3]＝1，reg[4]＝1，reg[5]＝1，reg[6]＝1。

采用上述算法具有两个特点：

a.子序列的扰码不受其他子序列的取值影响，只和自身取值以及起始位置有关。

若对序列{X}＝{X1，X2，…，Xn}进行加扰，其中Xi为X的子序列，长度为Li。

X1加扰后的结果为Whitening(0)(X1)，Whitening表示白化处理，(0)表示移位寄存器自循环0次时的输出值，即初始值；X2加扰后的结果为Whitening(L1)(X2)，(L1)表示自循环L1次后的输出值；X3加扰后的结果为Whitening(L1+L2)(X2)，以此类推。

由于data in不会参与移位寄存器的自循环，因此子序列的加扰结果只和自身的取值以及子序列在整个被加扰序列中的起始位置有关。即：Whitening(L1+L2+…+Li-1)(Xi)。

b.对同一序列进行两次(初始值相同的)加扰，会得到原序列。

由于扰码算法的核心部分采用的是异或运算，在扰码初始值相同时，做两次异或会返回原值。也即，解扰/逆白化操作等价于再做一次初始值相同的加扰/白化操作。

采用上述技术方案，具有如下有益效果：可以实现使用2.4G芯片与BLE设备(手机、蓝牙主机)等的互相通讯。例如安卓手机或者苹果手机APP随时发送控制数据给2.4G芯片设备，而无需专门的2.4G遥控器，同时实现2.4G设备与蓝牙设备的通讯(2.4G芯片发送蓝牙广播包给手机APP)，实现低成本、快捷蓝牙通讯方式，可应用于延时要求不是很严格的场景，例如智能家居(灯控、空调、风扇、智能插座)、消费玩具(玩具小车、童车、编程积木、机器人)、生活用品(体脂称、智能卷尺)，还可应用于灯控应用方向，手机APP发送蓝牙广播数据(含2.4G控制数据)，2.4G灯接收，实现开关灯，调节亮度，色温等功能；通讯成本较低，开发简单，无需了解复杂的蓝牙协议，客户APP开发简单，协助客户快速完成开发。

对于Android手机，数据发送间隔100ms；IOS手机数据发送间隔30ms。另外，距离要求不是很远，一般手机蓝牙的控制范围在10-15米。

还可用于做一些数据分析处理的场景，比如卷尺测量，体重测量之后需要对数据进行保存和分析，均可利用此技术用2.4G上传相关数据给手机APP。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，其特征在于，用于包含所述2.4G芯片的设备与一蓝牙设备之间的通讯，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述包含所述2.4G芯片的设备向所述蓝牙设备发送一第一数据包，之前还包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，其特征在于，所述步骤S2中，还包括：

步骤S23，关闭所述包含所述2.4G芯片的设备的扰码功能；

4.根据权利要求3所述的一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，其特征在于，所述步骤S24中，通过7位自循环寄存器输出所述伪随机序列。

5.根据权利要求3所述的一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，其特征在于，所述伪随机序列包括若干子序列，所述步骤S24包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，其特征在于，所述包含所述2.4G芯片的设备将所述包含有广播蓝牙通讯协议的2.4G数据包连续跳频发送所述蓝牙设备的三个频点上。

7.根据权利要求1所述的一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述蓝牙设备向所述包含所述2.4G芯片的设备发送一第二数据包，之前还包括：

8.根据权利要求1所述的一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，其特征在于，所述包含有2.4G无线通信协议的BLE广播包中，还包括数据头，所述2.4G数据包的插入位置位于所述第二初始数据包的数据头和循环冗余校验码之间。

9.根据权利要求1所述的一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述包含所述2.4G芯片的设备的扰码功能和循环冗余校验码功能均为开启状态。

10.根据权利要求7所述的一种基于2.4G芯片的蓝牙通讯方法，其特征在于，所述包含所述2.4G芯片的设备的接收频点与所述2.4G无线通信协议中包含的所述BLE广播包的频点一致。