Bluetooth-радиомодули BLE2U

15 января

Сергей Орлов (г. Рязань)

Главной особенностью Bluetooth-радиомодулей BLE2U-A-ANT и BLE2U-C-ANT, выпускаемых китайской компанией Nanjing Qinheng Microelectronics Co., Ltd. под брендом WCH, является встроенный протокол – они не нуждаются в программировании.

Технология радиопередачи данных Bluetooth находит широкое применение в беспроводных гарнитурах, мобильных телефонах, смартфонах, ноутбуках, персональных компьютерах, принтерах, многофункциональных и IoT-устройствах, приборах умного дома, удаленных датчиках и другой электронике. Bluetooth используется для связи устройств между собой без использования проводов.

К особенностям технологии относятся:

• диапазон частот 2402…2480 МГц;
• значительная пропускная способность, достигающая 1 Мбит/c;
• небольшой радиус зоны связи, который может достигать 100 м.

Рассмотрим подробнее радиомодули BLE2U-A-ANT и BLE2U-C-ANT, выпускаемые китайской компанией Nanjing Qinheng Microelectronics Co., Ltd. под брендом WCH.

Радиомодули BLE2U обеспечивают прозрачный режим обмена данными между интерфейсами UART и USB через беспроводной канал BLE (Bluetooth Low Energy – Bluetooth с малым энергопотреблением). Главной их особенностью является встроенный протокол – программировать модуль не требуется. Радиомодули построены на микросхеме преобразователя интерфейсов CH9143, а их внешний вид показан на рисунке 1.

Рис. 1. Радиомодули на базе микросхемы CH9143

Технические особенности модулей BLE2U:

• максимальная скорость передачи данных через последовательный порт составляет 1 Мбит/с;
• диапазон рабочих температур модуля -40…85°C;
• напряжение питания 2,5…3,6 В;
• обеспечивается передача данных между тремя последовательными портами модуля;
• реализуется настройка по команде АТ и поддержка сигналов модемной связи;
• используется драйвер виртуализированного последовательного порта на компьютере, за счет чего обеспечивается быстрый запуск устройства в эксплуатацию;
• со стороны USB-интерфейса обеспечиваются режимы USB-Vendor и драйвера USB-CDC;
• возможность работать в режимах «ведущий», «ведомый» и «ведущий-ведомый»;
• 8 фиксированных уровней мощности передатчика;
• возможность подключиться к хосту через BLE4.2 в операционных системах Windows, Linux, Android, iOS;
• наличие драйвера USB и виртуального последовательного порта BLE4.2 со стороны ПК;

Сценарии применения 

Возможные варианты применения радиомодуля иллюстрируются рисунками 2…4.

Рис. 2. Структурная схема последовательной связи между интерфейсом USB CH9143 и ведомым устройством BLE или устройством с последовательным портом

Рис. 3. Структурная схема последовательной связи между Bluetooth-хостом и USB-хостом или устройством с последовательным портом через CH9143

Рис. 4. Структурная схема последовательного обмена данными между USB-хостами через CH9143 в режиме BLE «ведущий-ведомый»

Особенности последовательного порта в CH9143:

• совместим с существующим программным обеспечением;
• имеет два режима работы драйвера: производителя и последовательного порта, для ОС Windows (USB-CDC) установка драйвера не требуется;
• поддерживает модемные сигналы RTS, DTR, DCD, RI, DSR и CTS;
• обеспечивает 5/6/7/8 бит данных и 1/2 стоп-бита.

Типовая схема включения CH9143 изображена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема включения радиомодуля

Вывод 22 служит для приема данных по интерфейсу UART, а вывод 21 – для передачи информации в UART.

Выводы 20, 19 – линии передачи данных USB D.

Светодиод D1 индицирует статус устройства:

• D1 быстро мигает три раза после подачи питания – включен режим «ведомый»;
• D1 дважды быстро мигает три раза после подачи питания – включен режим «ведущий-ведомый»;
• D1 медленно мигает с интервалом в 0,5 с – радиомодуль в состоянии широковещания;
• D1 быстро мигает в статусе установленного соединения – происходит обмен данными;
• D1 быстро мигает в процессе сопряжения – было выполнено сопряжение с другими устройствами (для завершения сопряжения требуется повторное включение питания). 

Управление 

Переключение между режимами «ведущий» и «ведомый» для BLE осуществляется переключателем S1, подключенным к выводу 4 микросхемы. В положении контакта 1 этого переключателя включен режим «ведущий-ведомый», а в положении 3 – «ведомый». 

Как запустить разработку 

В небольшом материале невозможно детально рассмотреть все аспекты применения приемопередатчика CH9143, поэтому разработчику нужно самостоятельно изучить документацию производителя. При работе проектируемого устройства на базе этого модуля с операционными системами Android/Windows/Linux будет полезна следующая информация. 

Радиомодуль CH9143 – простое и удобное устройство со встроенным протоколом. Его отличительная особенность – минимальное количество внешних электронных компонентов, поэтому сборка CH9143 – технологичная и недорогая в массовом производстве. Применение такого изделия упрощает работу инженера-проектировщика и существенно сокращает время вывода готового продукта на рынок.

Дополнительные материалы

1. Безопасность под ключ: проектируем все узлы охранной системы из компонентов азиатского производства
2. Микроконтроллеры азиатских производителей на базе архитектуры RISC-V
3. Изолированный USB на базе моста USB-UART
4. Преобразователи USB-SERIAL производства WCH – доступная альтернатива FT232