Arduino Tutorial: Bluetooth

Allgemein kann man zwischen dem klassischen Bluetooth und dem Bluetooth Low Energy (BLE) unterscheiden. Das BLE wurde speziell für Geräte mit geringer Leistungsaufnahme im IoT-Bereich entwickelt.

Wie andere Funktechnologien verwendet Bluetooth verwendet das 2,4-GHz-Spektrum im ISM-Band und hat eine Reichweite von 10 m bis 100 m (bei höheren Sendeleistungen bedeutet dies einen höheren Stromverbrauch!). Bluetooth ist ein Ad-hoc-Netzwerk und bietet P2P-Verbindungen (Point-to-Point).

Das klassische Bluetooth unterstützt bis zu einen Master und sieben Slaves in einem Piconetz. Es beruht auch der Sternnetzwerktopologie, was bedeutet, dass andere Peripheriegeräte nicht miteinander kommunizieren können.

Ein paar wichtige Dinge, die Sie beachten sollten: Ein Master in einem Piconetz kann kein Master in einem anderen sein, aber ein Master in einem Piconet kann ein Slave in einem anderen sein. Das klassische Bluetooth kann beispielsweise verwendet werden, um Audio-Daten zu übertragen, aber keine Videos.

Wir werden unsere Diskussion nun auf das BLE-Protokoll und die Entwicklung von Bluetooth durch diese Technologie konzentrieren.

 

Drei Bluetooth-Varianten

Bluetooth Low Energy unterscheidet sich vollständig vom klassischen Bluetooth. Es wurde mit einem neuen Protokollstack, einer neuen Profilarchitektur und speziell für den Betrieb mit stromsparenden Quellen wie einer Knopfzellenbatterie entwickelt.

Zu beachten ist, dass diese Funktechnologie das vorhandene Bluetooth Classic-Radio nicht übernommen oder ersetzt hat. Dies hat zu einer Art verschiedener Bluetooth-Richtungen geführt, die miteinander korrelieren.

 

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Die Bluetooth-Technologie kann in drei Arten von Geräten unterteilt werden:

 

  • Bluetooth Classic - Das traditionelle Bluetooth mit einem höheren Durchsatz, das hauptsächlich für die drahtlose Audio- und Dateiübertragung verwendet wird. Das "klassische" Radio unterstützt Bluetooth Smart.
  • Bluetooth Smart - Bluetooth Low Energy (BLE) wurde als Bluetooth Smart gebrandet und überträgt nur Statusinformationen. Es wurde speziell für Anwendungen mit niedrigen Betriebszyklen entwickelt (d.h. das Funkgerät ist kurzzeitig eingeschaltet). Bluetooth Smart-Geräte können nicht mit Bluetooth Classic-Geräten kommunizieren.
  • Bluetooth SmartReady - Bei diesen Geräten handelt es sich im Wesentlichen um "Hub" -Geräte wie Computer, Smartphones usw. Sie unterstützen sowohl die "klassischen" als auch die "intelligenten" Geräte, ebenso wie unsere Smartphones eine Verbindung zu einem Bluetooth-Lautsprecher herstellen können, um Audio zu übertragen und auch zu kommunizieren ein Fitness-Tracker.

 

Klassisches Bluetooth vs. Bluetooth Low Energy (BLE)

BLE verwendet das gleiche 2,4-GHz-ISM-Band wie andere Funkprotokolle. Im Gegensatz zu den 79,1-MHz-Kanälen von Bluetooth Classic verfügt Bluetooth Low Energy nur über 40 Kanäle, die 2 MHz breit sind.

 

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BLE verwendet auch eine 1-Mbps-GFSK-Modulation, wodurch eine höhere Reichweite als bei Bluetooth Classic erzielt wird.

BLE verwendet einen adaptiven Frequenzsprung-Algorithmus, um zwischen den verfügbaren Kanälen zu springen, wobei nur eine Teilmenge der verfügbaren Frequenzen verwendet wird und es sich aufgrund eines fehlerhaften Kanals schnell vom Paketverlust erholen kann. Diese Technik gewährleistet einen geringeren Energieverbrauch im Radio. Bluetooth Classic verwendet eine Pseudo-Random-Hope-Sequenz und ändert die Übertragungsfrequenz 1.600 Mal pro Sekunde.

Zu beachten ist, dass mit BLE bis zu 128 Geräte an einen einzigen Master angeschlossen werden können, im Gegensatz zu nur sieben Geräten beim klassichen Bluetooth.

 

Bluetooth-Module für Arduino

Die drahtlose Kommunikation wird in der Industrie zu einem immer wichtigeren Innovationstreiber. Mehr als je zuvor, können Sie mobile Geräte problemlos zum Steuern und Empfangen von Daten von elektronischen Geräten verwenden.

Grundsätzlich benötigen Sie ein Bluetooth-Modul und ein Entwicklungsboard, um einen drahtlosen Kommunikationskanal mit einem Gerät herstellen zu können. Da Arduino-Mikrocontroller häufig zum Senden und Empfangen von Daten über Bluetooth genutzt werden und es sehr viele ähnliche Module gibt, sollen hier einige Bluetooth-Module vorgestellt werden.

Wenn Sie sich nicht sicher sind welches Bluetooth-Modul Sie im Einsatz haben, schalten Sie es ein, stellen Sie sicher, dass es funktioniert und sehen Sie, welchen Namen es überträgt. Wenn es „HC-06“ oder „HC-05“ überträgt, wissen Sie, dass es Bluetooth 2.0 oder 2.1 ist. HMSoft, AT-09, BT05, CC2540, CC2541 bedeuten alle BLE.

 

Bluetooth 2.0/2.1 Module für Arduino

 

Das HC-05 Bluetooth-Modul 

Wenn Sie im Umfeld von Arduino ein Video oder Tutorial mit einem Bluetooth-gesteuerten Endgerät sehen, erfolgt die drahtlose Kommunikation höchstwahrscheinlich mit einem HC-05-Modul.

Das kostengünstige HC-05-Modul ist für den Aufbau einer transparenten drahtlosen seriellen Verbindung mit Bluetooth SPP (Serial Port Protocol) konzipiert.

Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt, besonders wenn Sie am Anfang sind und ein Bluetooth-Modul verwenden möchten, finden Sie im Internet eine ganze Reihe von Tutorials und Anleitungen, die Sie in die drahtlose Kommunikation mit Robotern etc. einführen.

Dieses Modul arbeitet sowohl als Master als auch als Slave. So kann zum Beispiel ein Roboter als Master mit einem Slave-Bluetooth-Modul oder als Slave-Platine für die drahtlose Verbindung mit einem PC konzipiert werden.

 

Das HC-06 Bluetooth-Modul

Auch das HC-06-Modul ist ein sehr beliebtes Modul, das sehr einfach mit einem Arduino-Board einzurichten ist.

Das Modul ist geeignet, wenn drahtlose Datenübertragung im Slave-Modus erforderlich ist. Das Modul kann also keine aktive Kommunikation herstellen, sondern arbeitet erst, wenn es kontaktiert wird. Wie das HC-05 kann das HC-06-Modul eine Reichweite von bis zu 9 Metern erreichen.

Wenn Sie ein Bluetooth-Modul benötigen, um mit Ihrem Smartphone und einem Arduino-Board zu kommunizieren, funktioniert das HC-06 einwandfrei. Wenn Sie jedoch mit einem anderen Arduino-Entwicklungsboard sprechen möchten, ist das HC-05-Modul die richtige Wahl.

 

Das BlueSMiRF und Bluetooth Mate

Die Verbindung mit anderen Geräten über die Bluetooth-Technologie erfordert nicht viel und ist wirklich einfach.

Das BlueSMiRF von Sparkfun ist eines der Arduino kompatiblen Bluetooth-Module, auf denen ein Transceiver installiert ist. Dies bedeutet, dass das Bluetooth-Modul Daten aus bis zu 100 Metern Entfernung senden und empfangen kann.

Der BlueSMiRF ist sofort einsatzbereit und mit anderen Bluetooth-Geräten kompatibel, die SPP unterstützen. Das Funkmodul ist ideal für Anwendungen, die eine Entfernung von bis zu 100 Metern erfordern.

 

Bluetooth Low Energy (BLE) Module für Arduino

 

Seeed Studio Bluetooth V4.0 HM-11 BLE Module

Dieses SMD BLE-Modul basiert auf dem Chip TI cc2541 und ermöglicht den Aufbau robuster Netzwerkknoten mit niedrigen Gesamtstückkosten und bestens geeignet für Systeme mit geringem Stromverbrauch. Das Modul ist klein und einfach zu bedienen. Mit der vorprogrammierten Firmware des Herstellers können Sie die BLE-Kommunikation über den AT-Befehl schnell aufbauen. Unterstützung der BLE-Kommunikation mit iPhone, iPad und Android 4.3.

 

Adafruit Bluefruit LE - Bluetooth Low Energy (BLE 4.0) - nRF8001 Breakout

Dieses Breakout-Modul ermöglicht Ihnen eine einfache, drahtlose Verbindung zwischen Ihrem Arduino und allen kompatiblen iOS oder Android (4.3+) Geräten. Dies funktioniert durch die Simulation eines UART-Gerätes und das Hin- und Hersenden von ASCII-Daten zwischen den Geräten, so dass Sie entscheiden, welche Daten gesenden werden und was mit den Daten an beiden Enden der Verbindung geschieht.

 

>>> Die vorgestellten und weitere Bluetooth-Module für Arduino finden Sie hier!