Effektive Nutzung eines Bluetooth-Moduls

Die meisten Ingenieure haben oft Schwierigkeiten mit der Konnektivität ihrer Projekte. Ein Bluetooth-Modul kann dieses Problem jedoch leicht lösen. Automatisierungsexperten und IoT-Enthusiasten bauen ihre Projekte daher gerne auf Mikrocontrollern wie Arduino oder Raspberry Pi auf. Diese Mikrocontroller können daher nicht mit anderen Geräten kommunizieren, es sei denn, wir ermöglichen ihnen die Konnektivität. Diese Konnektivität wird ihnen daher häufig über ein Bluetooth-Modul ermöglicht.

Die Bluetooth-Module sind klein. Daher lassen sie sich problemlos in Arduino- und andere Mikrocontroller-Projekte integrieren. Wie der Name schon sagt, kommuniziert dieses Modul über Bluetooth mit den umliegenden Geräten. Dadurch eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten, von der einfachen Datenübertragung bis hin zur Fernsteuerung.

Pinbelegung und Pinbeschreibung des Bluetooth-Moduls

Typische Bluetooth-Module bestehen aus vier Basis-Pins. Daher werden ihre Namen und jeweiligen Funktionen im Folgenden erläutert.

1) Masse

Dieser Pin dient im Wesentlichen als Masseanschluss für die Schaltung. Die Masseverbindung ist daher ein wesentliches Konzept in der Elektrotechnik, und ohne sie kann kein elektronisches Gerät wirklich funktionieren. Daher ist dieser Pin ein entscheidender Bestandteil eines BLE-Moduls.

2) VCC

Wir verwenden diesen Pin zur Stromversorgung des BLE-Moduls. Er dient somit als Dreh- und Angelpunkt, der es dem Bluetooth-Modul ermöglicht, die benötigte Energie zu beziehen. Daher ist VCC der mit Abstand wichtigste Pin in jedem Bluetooth-Modul.

3) RX

Dieser Pin dient in erster Linie dem Empfang bestimmter Daten vom angegebenen Netzwerkknoten oder einem bestimmten Gerät in der Nähe. Daher verwenden wir diesen Pin, um die gewünschten Anweisungen oder Informationen von anderen Geräten innerhalb eines Bluetooth-Netzwerks oder vom Netzwerk selbst zu empfangen. Somit bildet dieser Pin die Grundlage für die Nutzung des BLE-Moduls für IoT-Implementierungen.

4) TX

Dieser Pin ermöglicht es den Bluetooth-Modulen, die gewünschten Daten an das Netzwerk oder an Geräte in der Nähe zu senden. Die gewünschten Daten werden häufig von den an den Mikrocontrollern angeschlossenen Sensoren erfasst. Dieser Pin erschließt das volle Potenzial eines Bluetooth-Moduls. Wann immer wir ein Bluetooth-Modul zur Datenerfassung an einem entfernten Ort platzieren möchten, verlassen wir uns auf diesen Pin, der uns regelmäßig die gesammelten Daten und verarbeiteten Informationen sendet.

Bluetooth-Modul angeboten von MOKOSMART

1) HZX

Technische Spezifikationen

1. Es verfügt über den Onboard-Chip nRF51822qfaa. Sie können jedoch auch nRF51822qfac verwenden, wenn Sie dies bevorzugen.
2. Dieses Arduino-Bluetooth-Modul hat eine Kommunikationsdistanz von etwa 30 Metern.
3. Es verfügt also über einen Frequenzbereich von 2.4 GHz
4. Es verfügt über mehrere kompatible RAM-Kapazitäten. Sie können sich also für einen RAM von 16 kB, 32 kB oder 256 kB entscheiden.
5. Es kann also problemlos im Temperaturbereich von 40 °C bis 85 °C betrieben werden.
6. Es verfügt über einen 3-Achsen-Linearbeschleunigungssensor, der eine sehr hohe Leistung bietet. Es verbraucht jedoch sehr wenig Strom.
7. Zusätzlich verfügt dieses Modul über eine integrierte Antenne.
8. Es verfügt über eine Echtzeituhr (RTC) und kann daher als Zeitzähler fungieren.
9. Dieses Modul ist hochsicher und verfügt über eine Verschlüsselung durch AES HW.
10. Es verfügt über eine QDEC-Funktion. Daher ist dieses Modul problemlos einsetzbar.

Elektrische Eigenschaften

1. Es hat eine Betriebsspannung von 2.0 V bis 3.6 V für internes LDO.
2. Für externe LDO liegt die Betriebsspannung bei 1.8 V bis 3.6 V.
3. Sie können die Ausgangsleistung im Bereich von -20 bis +4 dBm programmieren.
4. Darüber hinaus verfügt es über ein von der CPU unabhängiges PPI.
5. Es verfügt über eine Erweiterungsstiftleiste für alle Ein- und Ausgänge. P0.27 und P.026 bilden jedoch eine besondere Ausnahme.
6. Dieses Modul verfügt über spezielle digitale Schnittstellen für UART (CTS/RTS), SPI Master/Slave und I2C.
7. Sie können es mit 8/9/10-Bit-ADC konfigurieren. Es ist also vollständig kompatibel mit der NRF24L-Serie

 2) MK02 nRF52832 und MK04 nRF52832 BLE-Module

Technische Spezifikationen

1. Es verfügt über einen Multiprotokoll-Transceiver, der mit 2.4 GHz arbeitet
2. Es verfügt über einen Niedrigenergiemodus, der eine Bluetooth-Empfindlichkeit von -96 dBm ermöglicht.
3. Dieses Bluetooth-Audiomodul verfügt über 64 kB RAM und 512 kB Flash.
4. Es gibt über 30 E/A-Pins, die alle konfigurierbar sind.
5. Dieses WIFI-Bluetooth-Modul ermöglicht AES-HW-Verschlüsselung über EasyDMA.
6. Dieses BLE-Modul verfügt über einen eigenen Temperatursensor.
7. Es hat die Abmessungen 21×13.8×0.8 mm
8. Dieses stromsparende Bluetooth-Modul verfügt über bis zu fünf 32-Bit-Timer. Diese Timer verfügen über einen eigenen Zählermodus.
9. Es verfügt über einen NFC-A-Tag, der die Konnektivität deutlich verbessert.

Elektrische Eigenschaften

1. Dieses Bluetooth 4.0-Modul hat einen Spitzenstrom von 5.3 mA im TX-Pin.
2. Dieses Bluetooth Low Energy-Modul verfügt über einen Spitzenstrom von 5.4 mA im RX-Pin.
3. Das BLE-Modul verfügt über ein eigenes PPI.
4. Diese verfügen über einen 12-Bit- und 200-kSps-ADC – 8 konfigurierbare Kanäle. Sie können also auch deren Verstärkung programmieren.
5. Es liefert Spannung im Bereich von 3.6 V bis 1.7 V
6. Dieses Modul verfügt über eine Schnittstelle mit einer Einzelstiftantenne.

 3) MK10

Technische Spezifikationen

1. Es hat eine Empfindlichkeit von -95 dBm im BLE-Modus.
2. Es hat eine Empfindlichkeit von -103 dBm über große Entfernungen.
3. Dieses Bluetooth 5.0-Modul verfügt über RSSI mit einer Auflösung von 1 dB.
4. Es verfügt über einen RAM von 256 KB und einen Flash von 1 MB.
5. Seine Sicherheit wird durch HW beschleunigt.
6. Es verfügt über mehrere 128-Bit-Coprozessoren, darunter AAR, ECB, CCM und AES.
7. Dieses BLE-Modul verfügt über einen USB2.0-Controller.
8. Es verfügt über etwa 48 E/A-Pins.
9. Seine Abmessungen betragen 30.0 × 20.0 x 0.8 mm.
10. Es verfügt über einen internen Oszillator mit 64 MHz, der ein schnelles Aufwachen ermöglicht.

Elektrische Eigenschaften

1. Der Tx-Pin hat eine Leistung von +8 dBm.
2. Es ist kompatibel mit den Serien nRF24L, nRF52, nRF24AP und nRF24L.
3. Sie können den Ausgang von -20 dBm bis +8 dBm programmieren.
4. Dies bietet ein recht flexibles Energieverwaltungssystem.
5. Es liefert Spannung im Bereich von 5,5 V bis 1.7 V
6. Für externe Komponenten regelt es die Spannungsversorgung von 3.3V bis 1.8V.

Die Funktion des Bluetooth-Moduls

1) Konnektivität zwischen Geräten

Wir verwenden in unseren Arduino-Projekten hauptsächlich dann ein BLE-Modul, wenn unser Projekt mit den umliegenden Geräten kommunizieren soll. Der Hauptzweck eines Bluetooth-Moduls besteht also darin, die Konnektivität im Mikrocontrollerprojekt zu gewährleisten. Sobald unser Projekt mit den umliegenden Geräten kommunizieren kann, können wir mit der Weiterentwicklung fortfahren.

2) Datenerhebung und -übermittlung

Einer der Hauptgründe für die Implementierung von IoT-Projekten ist die Datenerfassung. Beispiele hierfür sind die Überwachung von Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit usw. Sobald die Sensoren in unserem IoT-Projekt die Daten erfassen, müssen sie diese an uns übermitteln. Zu diesem Zweck verwenden wir ein BLE-Modul, das es dem Mikrocontroller ermöglicht, die erfassten Daten effektiv zu übertragen.

3) Automatisierung

Einer der Hauptgründe, warum wir IoT-Projekte mithilfe von Mikrocontrollern entwickeln und implementieren, ist der Wunsch nach Automatisierung. Automatisierung ist das Konzept, bei dem Routineaufgaben mithilfe von Technologie automatisch ausgeführt werden. Beispielsweise das Auslösen eines Alarms bei einem Brand oder das Entleeren eines Gasbehälters bei zu hohem Druck. Daher ist Automatisierung in industriellen IoT-Anwendungen äußerst wünschenswert. Ohne die Möglichkeiten eines BLE-Moduls ist Automatisierung jedoch nicht möglich. Ein BLE-Modul ermöglicht es Mikrocontrollern, mithilfe von Bluetooth-Signalen Anweisungen an relevante mechanische Systeme zu senden.

4) Fernbedienung

Die Steuerung weit entfernter Objekte wird als Fernsteuerung bezeichnet. Dies ist jedoch nur mit Hilfe eines BLE-Moduls möglich. Ein BLE-Modul ermöglicht es uns, relevante Befehle an entfernte elektronische Objekte zu senden. So können wir die gleiche Aufgabe problemlos aus der Ferne erledigen, ohne großen Aufwand betreiben zu müssen.

Anwendungen des Bluetooth-Moduls

1) Robotik

Die größte Anwendung eines BLE-Moduls findet sich in der Robotik. So können wir die Bewegungen und Aktionen eines Roboters mithilfe seiner Bluetooth-Funktionen steuern. Dazu verwenden wir Arduino für den Roboterbau und integrieren anschließend das Bluetooth-Modul. So können wir die Bewegungen des Roboters mithilfe einer speziellen App steuern. Zusätzlich können wir steuern, was der Roboter tut, solange wir uns in Bluetooth-Reichweite befinden.

2) Sicherheit

Heutzutage ist jedes Smartgerät mit Bluetooth ausgestattet. Jedes Gerät verfügt über eine eindeutige Bluetooth-Kennung. Diese Funktion lässt sich für Sicherheitsanwendungen nutzen. Beispielsweise möchten wir den Eingang zu einem bestimmten Haus sichern. Dazu bauen wir mit Arduino und einem BLE-Modul einen Validator und installieren ihn in der Nähe des Eingangstors. Versucht eine Person, das Haus zu betreten, scannt der Validator die Bluetooth-Kennung ihres Smartphones. Wird die Kennung als autorisierte Person erkannt, erhält die Person Zutritt. Wird die Kennung jedoch nicht erkannt, alarmiert der Validator die Bewohner des Hauses.

3) Asset Management und Tracking

Große Lagerhallen und Kaufhäuser haben oft Schwierigkeiten, den Überblick über ihre Lagerbestände zu behalten. Die Hauptprobleme liegen darin, dass die Lagerfläche zu groß ist und manuelle Arbeit nicht ausreicht, um das gesamte Lager zu durchsuchen, wenn ein Artikel fehlt. Hier kann ein BLE-Modul hilfreich sein. So können wir Beacons mit wichtigen Lagerbeständen verbinden. Ein zentrales Bluetooth-Modul stellt eine sichere Kommunikation mit jedem Beacon her. So können wir den Standort unserer Lagerbestände triangulieren und sie leicht finden, falls sie verloren gehen.

Wie verwende ich ein Bluetooth-Modul?

Wenn Sie mit Mikrocontrollern wie Arduino vertraut sind, ist die Bedienung recht einfach. Daher folgt hier eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Verwendung eines Bluetooth-Moduls.

1) Verbinden Sie das Bluetooth-Modul mit Arduino

Wie bereits erwähnt, verfügen Bluetooth-Module über vier Pins. Sie müssen daher jeden dieser Pins mit einer entsprechenden Komponente des Arduino verbinden.

• Der RX-Pin des BLE-Moduls ist mit dem RX-Pin des Adriano verbunden
• Der TX-Pin des BLE-Moduls ist mit dem TX-Pin des Adriano verbunden
• Schließen Sie eine 5-V-Batterie an den VCC-Pin des Bluetooth-Moduls an
• Der GND-Pin des BLE-Moduls ist mit dem GND-Pin des Adriano verbunden

2) Geben Sie die Anweisungen in Form eines Codes an

Arduino verfügt über eine eigene Sprache und IDE. Alle Anweisungen, die Sie dem Bluetooth-Modul geben möchten, müssen Sie daher in Arduino-Code umwandeln.

3) Laden Sie die Anweisungen (Code) auf den Arduino hoch

Anschließend müssen Sie den Code über den dedizierten USB-Anschluss auf Arduino hochladen. Damit ist das Bluetooth-Modul nun aktiv und einsatzbereit.

4) Einsatz des Bluetooth-Moduls

Jetzt können Sie das BLE-Modul zusammen mit dem Arduino in Ihrer gewählten IoT-Anwendung bereitstellen.

Verdrahtungsmodus

Anschluss mit RJ25

Das BLE-Modul hat oft eine graue oder blaue ID. Wenn wir RJ25 verwenden, müssen wir daher den Port mit der grauen oder blauen ID an Makeblock Orion anschließen.

Anschluss mit Dupont-Kabel

Wenn wir das Dupont-Kabel verwenden, um eine Verbindung zwischen der Arduino-Platine und dem Bluetooth-Modul herzustellen, müssen wir die digitalen Ports 0 und 1 mit den RX- und TX-Pins verbinden.

Leitfaden zur Programmierung

Um Anweisungen in das Bluetooth-Modul einzuspeisen, müssen wir diese mithilfe der Arduino-Sprache in Code umwandeln. Wie wir alle wissen, verfügt jede Programmiersprache über eigene Bibliotheken, daher hat auch Arduino seine eigenen speziellen Bibliotheken. Wenn Sie das BLE-Modul verwenden, sollten Sie daher den Makeblock-Library-Master verwenden. Wir empfehlen Ihnen daher dringend, Ihren Code und die Reaktion des Bluetooth-Moduls vor der tatsächlichen Bereitstellung gründlich zu testen. Arduino verfügt über eine eigene IDE mit integrierten Debugging-Funktionen. Diese können Sie nutzen, um die Leistung Ihres Codes zu optimieren.