CN213718228U - 一种蓝牙模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓝牙模组，属于蓝牙技术领域。本实用新型蓝牙模组包括：封装在PCB板上的微控制单元、蓝牙芯片和晶体振荡器，PCB板周围设置有SPI接口、I2C接口、UART接口、ADC接口、外接天线接口、GPIO接口、SWD接口以及供电接口，其中，蓝牙芯片分别与微控制单元和晶体振荡器电连接，蓝牙芯片为执行蓝牙标准2.1、3.0、4.0、4.2和5.0中至少一者的双模或单模芯片，蓝牙芯片通过SPP协议和/或蓝牙GATT协议实现数据的传输。本实用新型将复杂的蓝牙通信协议转换成简单的串口通信，实现了蓝牙模组与手机app数据的传输，而且本实用新型的蓝牙模组具有集成度高、成本低、功耗低、蓝牙射频性能优越等特点。

Description

一种蓝牙模组

技术领域

本实用新型涉及蓝牙技术领域，特别涉及一种蓝牙模组。

背景技术

蓝牙技术消除了设备之间的连线，用无线连接取代传统的电线。蓝牙主要由蓝牙硬件和蓝牙协议组成；蓝牙硬件由模拟部分和数字部分组成，模拟部分指蓝牙射频发射台，数字部分指主控制器；蓝牙协议采用电路及信息包两种交换方式，主要有射频(RF)、基带(BB)、链路管理器(LM)、主接控制接口(HCI)底层嵌入式驱动程序、HCI高层软件驱动程序、逻辑链路控制适配协议(L2CAP)、串口仿真协议(RFCOMM)、服务发现协议(SDP)、属性访问协议(ATT)、通用属性访问协议(GATT)、安全管理协议(SMP)构成。

各种配有蓝牙技术的移动设备、固定通信设备、计算机、机顶盒、车载系统等电子设备可以在近距离内(一般是10m至100m之内)彼此相通并进行无线信息交换。

对于应用蓝牙技术的蓝牙设备，其核心部件蓝牙模组对于其性能有着极大的影响；而且目前应用于蓝牙设备中的蓝牙模组一般为单模模组，无法与部分手机进行连接，且一般速率低、集成度有待提升，影响着产品的竞争力。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题，本实用新型提供一种蓝牙模组。

在本实用新型的一个技术方案中，提供的蓝牙模组，其包括：封装在PCB板上的微控制单元、蓝牙芯片和晶体振荡器，PCB板周围设置有SPI接口、I2C接口、UART接口、ADC 接口、外接天线接口、GPIO接口、SWD接口以及供电接口，其中，蓝牙芯片分别与微控制单元和晶体振荡器电连接，蓝牙芯片为执行蓝牙标准2.1、3.0、4.0、4.2和5.0中至少一者的双模或单模芯片，蓝牙芯片通过SPP协议和/或蓝牙GATT协议实现数据的传输。

本实用新型的技术方案中，将将复杂的蓝牙通信协议转换成简单的串口通信，实现了蓝牙模组与手机app数据的传输，而且本实用新型的蓝牙模组具有集成度高、成本低、功耗低、蓝牙射频性能优越等特点。

附图说明

图1为本实用新型蓝牙模组的一个具体实施方式的示意图；

图2为本实用新型蓝牙模组的各引脚的一个具体实施例的示意图；

图3为本实用新型蓝牙模组中3.3V供电电压的电路示意图；

图4为本实用新型蓝牙模组中使用PC串口对MCU烧录时的电路示意图；

图5为本实用新型蓝牙模组中DUBUG接口的电路示意图；

图6为本实用新型蓝牙模组中MIC811RU微处理器复位电路示意图；

图7为本实用新型蓝牙模组中部分可配置IO引脚的电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的上述特征和优点更加易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。该详细说明仅仅是为了帮助理解本实用新型，本实用新型的保护范围不仅仅限于具体实施方式中的具体说明。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者节点不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者节点所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者节点中还存在另外的相同要素。

图1为本实用新型蓝牙模组的一个具体实施方式的示意图，现结合图1对本实用新型蓝牙模组进行详细描述。在图1所示的具体实施方式中，本实用新型蓝牙模组包括：包括：封装在PCB板上的微控制单元、蓝牙芯片和晶体振荡器，PCB板周围设置有SPI接口、I2C接口、UART接口、ADC接口、外接天线接口、GPIO接口、SWD接口以及供电接口，其中，蓝牙芯片分别与微控制单元和晶体振荡器电连接，蓝牙芯片为执行蓝牙标准2.1、3.0、4.0、 4.2和5.0中至少一者的双模或单模芯片，蓝牙芯片通过SPP协议和/或蓝牙GATT协议实现数据的传输。

具体地，微控制单元(MCU)为48MHz主射频，

-M0 32-bit RISC内核的微处理器，并且能够快速完成数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送操作。该MCU包括内存为128kBytes的Flash程序存储器和16kBytes的SRAM数据存储器，以及大量的通用输入输出(I/O)接口。该MCU为蓝牙模组的主控器件，运行蓝牙协议栈，用于处理发送到蓝牙芯片，以及从蓝牙芯片收到的各种数据；负责与外围设备的串行通信，以及控制蓝牙模组上所有I/O引脚的输入输出操作。

具体地，蓝牙芯片为高度集成的蓝牙2.1规范、3.0规范、4.0规范、4.2规范和5.0规范中至少一者的双模或单模芯片，同时支持蓝牙BR/EDR和BLE链接及通信。该蓝牙芯片内部集成了蓝牙底层链路管理(LM/LL)、蓝牙基带、调制解调和射频控制器。其中该蓝牙芯片通过UART接口与MCU和晶体振荡器进行通信。

在本实用新型的一个具体实施例中，晶体振荡器的振幅为40MHz。

在本实用新型的一个具体实施例中，蓝牙模组的供电电压为3.0-3.6V，优选的，供电电压3.3V。

在本实用新型的一个具体实施例中，蓝牙模组的尺寸为长15mm、宽12mm和高1.8mm(公差:±0.25mm)。其中PCB板的高为0.8±0.1mm。

在本实用新型的一个具体实施例中，蓝牙模组的天线可以采用载板天线设计。

图2示出了本实用新型蓝牙模组的各引脚的一个具体实施例，表1为与图2对应的各引脚信息。

由图2可以看出，编号为1-12的引脚封装在PCB板的左侧，编号为13-19的引脚封装在PCB板的下方，编号20-30的引脚封装在PCB板的右侧，其中编号1-30按逆时针顺序封装。

具体地，蓝牙模组3V3引脚连接外部供电电源3V3_BT引脚，其中可以在两引脚之间连接一电容，用来保证供电电压的稳定。其中图3为3.3V供电电压的电路图，可以通过此电路得到稳定的3.3V供电电压。

图4为使用PC串口对MCU烧录时的电路图。从图4中可以看出，BOOT0引脚低电平进入运行模式，该引脚内部设置有下拉电阻。BOOT0引脚高电平进入串行程序模式，接3.3V 电源电压。

PC串口的BOOT0引脚分别连接BOOT0引脚3和一电阻R9的一端，并作为第一个测试点TP1；PC串口的3.3V引脚分别连接3V3_BT引脚和一电阻R9的另一端，并作为第二个测试点TP2；PC串口的地线引脚接地，并作为第三个测试点TP3；PC串口的MCUTX引脚依次连接一电阻R7和MCU_TX，并作为第四测试点TP4；PC串口的MCURX引脚依次连接一电阻R8和MCU_RX，并作为第五测试点TP5；PC串口的复位RESET引脚连接RESET 引脚19，并作为第六测试点TP6。

若要实现MCU不断电升级，则在升级完成后，对RESET引脚加上复位电平，使MCU 执行一次复位操作。

图5为烧录时DUBUG接口的电路图。从图5可以看出，第七测试点TP7依次连接一电阻R3和SWDIO引脚；第八测试点TP8依次连接一电阻R10和SWCLK引脚；第九测试点 TP9连接3V3_BT引脚；第十测试点TP10连接RESET引脚；第十一测试点TP11接地。

在本实用新型的一个具体实施例中，本实用新型蓝牙模组还包括复位引脚19，其内嵌复位电路，复位引脚用于当输入的低电平信号保持第一预设时间后，使蓝牙模组复位。

具体地，复位电路模块包括一电容，一电感，其中，电容一端接地，电容的另一端分别连接电感的一端和复位引脚19，电感的另一端连接电源引脚。

在该具体实施例中，复位引脚19内嵌了复位电路，以用来复位蓝牙模组。复位引脚19 低电位触发。单次复位动作一般为低电平信号保持1.5ms到4.0ms内触发，但是本实用新型为了提高复位电路的抗干扰能力和稳定性，将第一预设时间设为大于等于5ms的任一时间值。

图6为MIC811RU微处理器复位电路的示意图，同理可以选择此MIC811RU通过手动复位实现蓝牙模组的复位功能。

在本实用新型的一个具体实施例中，PCB板还设置有通过AT指令配置的IO引脚，其中包括：DISC引脚14和至少两个通用GPIO引脚，DISC引脚14用于当输入的高电平信号保持第二预设时间后，使蓝牙模组与外围设备断开蓝牙链接。优选的，第二预设时间为大于等于5ms的任一时间值。一个通用GPIO引脚PB14用于唤醒微控制单元，另一个通用GPIO 引脚PB0用于提示蓝牙链接状态。

图7a为DISC引脚的连接示意图。若蓝牙模组与外围设备建立了蓝牙链接，通过拉高 DISC引脚14，可以快速断开蓝牙链接。其中电容量为1uF的电容C10可以消除按键抖动，当DISC引脚外接轻触按键开关时，需要设置加入该电容，当外接PIO引脚(如单片机的IO口)时，则不需要加入该电容。

图7b、c为两个可配置的通用GPIO引脚，其中一个通用GPIO引脚PB14依次连接一电阻R18和MCU_IO2，其用于唤醒微控制单元，另一通用GPIO引脚PB0依次连接一电阻R11 和MCU_IO3，其实现蓝牙链接提示功能。

在本实用新型的一个具体实施例中，UART接口包括UART输入控制引脚(UART_RTS)15和UART输出控制引脚(UART_CTS)13，其中UART_RTS连接微控制单元的输出控制引脚(MCU_CTS)，当微控制单元中数据存储器的剩余空间大于预设的保留空间时， UART_RTS引脚15输入低电平信号，否则UART_RTS引脚15输入高电平信号，以及 UART_CTS引脚13连接微控制单元的输入控制引脚(MCU_RTS)，当UART_CTS引脚13 输出高电平信号时，使蓝牙模组停止向外围设备发送数据。

在该具体实施例中，UART_CTS引脚13还用于唤醒蓝牙模组，其中UART_CTS引脚 13在输出上升沿信号后的第三预设时间内唤醒蓝牙模组。

具体地，MCU中SRAM设置有一定字节的保留空间，优选的，为32Bytes字节。当SRAM的剩余空间小于等于32Bytes时，UART_RTS引脚15被抬高，当SRAM的剩余空间大于32 Bytes时，UART_RTS引脚15恢复低电平。

具体地，MCU与外围设备采用DMA发送数据，UART_CTS引脚13被抬高后，DMA 停止发送数据。同时，UART_CTS引脚13还可以在上升沿到来后第三预设时间内唤醒蓝牙模组，优选的，第三预设时间为1ms。

在本实用新型的一个具体实施例中，UART接口还包括UART输入引脚(UART_RX) 20和UART输出引脚(UART_TX)21，其中UART_RX引脚20连接微控制单元的输出引脚(MCU_TX)；以及UART_TX引脚21连接微控制单元的输入引脚(MCU_RX)。

具体地，UART_RX引脚20在预设阈值下可自动唤醒蓝牙模组，优选的，预设阈值为115200波特率。在高于预设阈值时，需要通过UART_CTS引脚13唤醒蓝牙模组，UART_RX 引脚20再重启数据发送。

表2蓝牙模组的终端特性

表3蓝牙模组的射频特性

表4蓝牙模组的功耗特性

从表2、表3和表4中可以看出，本实用新型的蓝牙模组具有功耗低、蓝牙射频性能优越等特点。

本实用新型的蓝牙模组为一款基于蓝牙协议栈同时支持蓝牙2.1以及5.0规范的双模模组。作为嵌入式模组，本实用新型的蓝牙模组拥有精简的Barrot固件，并支持AT指令集以及透明传输模式，便于上位机的快速使用和开发。本实用新型的蓝牙模组支持蓝牙标准的 GATT和SPP协议，提供完整的2.1和5.0通信，同时支持微信基于蓝牙的Airsync规范，能够实现同微信客户端的无缝接入。本实用新型的蓝牙模组具有集成度高、成本低、功耗低、蓝牙射频性能优越等特点。

本实用新型的蓝牙模组可以实现一对一，一对多的通信场景。本实用新型的蓝牙模组可以应用于移动支付终端、蓝牙打印机、移动读卡器以及终端、健身和运动遥测装置、医疗系统、条码阅读器和付费终端、汽车检测和测量系统和POS机等设备中。

以上综述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种蓝牙模组，其特征在于，包括：封装在PCB板上的微控制单元、蓝牙芯片和晶体振荡器，所述PCB板周围设置有SPI接口、I2C接口、UART接口、ADC接口、外接天线接口、GPIO接口、SWD接口以及供电接口，其中，

所述蓝牙芯片分别与所述微控制单元和所述晶体振荡器电连接，所述蓝牙芯片为执行蓝牙标准2.1、3.0、4.0、4.2和5.0中至少一者的双模或单模芯片，所述蓝牙芯片通过SPP协议和/或蓝牙GATT协议实现数据的传输。

2.根据权利要求1所述的蓝牙模组，其特征在于，所述PCB板还设置有复位引脚，其内嵌复位电路，所述复位引脚用于当输入的低电平信号保持第一预设时间后，使所述蓝牙模组复位。

3.根据权利要求2所述的蓝牙模组，其特征在于，所述复位电路包括一电容，一电感，其中，

所述电容一端接地，所述电容的另一端分别连接所述电感的一端和所述复位引脚，所述电感的另一端连接电源引脚。

4.根据权利要求1所述的蓝牙模组，其特征在于，所述PCB板还设置有DISC引脚，其用于当输入的高电平信号保持第二预设时间后，使所述蓝牙模组与外围设备断开蓝牙链接。

5.根据权利要求1所述的蓝牙模组，其特征在于，所述UART接口包括UART输入控制引脚和UART输出控制引脚，其中

所述UART输入控制引脚连接所述微控制单元的输出控制引脚，当所述微控制单元中数据存储器的剩余空间大于预设的保留空间时，所述UART输入控制引脚输入低电平信号，否则所述UART输入控制引脚输入高电平信号，以及

所述UART输出控制引脚连接所述微控制单元的输入控制引脚，当所述UART输出控制引脚输出高电平信号时，使所述蓝牙模组停止向外围设备发送数据。

6.根据权利要求5所述的蓝牙模组，其特征在于，所述UART输出控制引脚还用于唤醒所述蓝牙模组，其中所述UART输出控制引脚在输出上升沿信号后的第三预设时间内唤醒所述蓝牙模组。

7.根据权利要求6所述的蓝牙模组，其特征在于，所述UART接口还包括UART输入引脚和UART输出引脚，其中

所述UART输入引脚连接所述微控制单元的输出引脚，所述UART输入引脚可以唤醒所述蓝牙模组；以及

所述UART输出引脚连接所述微控制单元的输入引脚。

8.根据权利要求1所述的蓝牙模组，其特征在于，所述GPIO接口包括至少两个通用GPIO引脚，其中一个通用GPIO引脚用于唤醒所述微控制单元，另一个通用GPIO引脚用于提示蓝牙链接状态。

9.根据权利要求1所述的蓝牙模组，其特征在于，所述蓝牙模组的供电电压为3.0-3.6V。

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