AVR单片机无线通信：蓝牙、ZigBee、WiFi，解锁无线传输新世界

# 1. AVR单片机无线通信概述

无线通信技术已成为嵌入式系统中不可或缺的一部分，使设备能够在不依赖物理连接的情况下进行数据交换。AVR单片机以其低功耗、高性能和广泛的通信外设而闻名，使其成为无线通信应用的理想选择。

本章将提供AVR单片机无线通信技术的全面概述，包括其优点、挑战和广泛的应用领域。我们将探讨各种无线通信协议，如蓝牙、ZigBee和WiFi，并讨论它们的特性和在AVR单片机系统中的实现。

# 2. AVR 单片机蓝牙通信

### 2.1 蓝牙通信原理和协议栈

#### 2.1.1 蓝牙技术标准和协议层

蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，工作在 2.4GHz 的 ISM 频段，具有低功耗、低成本和易于组网的特点。蓝牙协议栈是一个分层的结构，包括物理层、链路层、L2CAP 层、SDP 层、RFCOMM 层和应用层。

物理层负责无线信号的发送和接收，使用跳频扩频技术来提高抗干扰能力。链路层负责链路建立、维护和释放，并提供流量控制和错误检测机制。L2CAP 层提供面向连接和无连接的数据传输服务，并支持多个逻辑信道。SDP 层提供服务发现机制，允许设备发现和连接到其他设备。RFCOMM 层提供串行端口仿真，使蓝牙设备可以像串口设备一样进行通信。应用层提供各种应用程序接口，例如串口通信、文件传输和音频传输。

#### 2.1.2 蓝牙通信模式和拓扑结构

蓝牙通信模式分为三种：主从模式、对等模式和广播模式。主从模式中，一个设备作为主设备，负责管理连接和数据传输，其他设备作为从设备，被动连接到主设备。对等模式中，两个设备平等地进行通信，没有主从之分。广播模式中，一个设备向所有附近的设备广播数据，其他设备可以接收并处理这些数据。

蓝牙拓扑结构可以分为点对点和星形网络。点对点网络中，两个设备直接连接通信。星形网络中，一个中心设备（通常是主设备）与多个从设备连接通信。

### 2.2 AVR 单片机蓝牙编程

#### 2.2.1 蓝牙模块选型和接口

AVR 单片机可以连接外部蓝牙模块来实现蓝牙通信功能。常见的蓝牙模块包括 HC-05、HC-06 和 HM-10。这些模块通常通过 UART 接口与单片机连接。

#### 2.2.2 蓝牙通信函数库和示例代码

AVR 单片机蓝牙编程可以使用第三方函数库，例如 BlueZ 或 TinyBlue。这些函数库提供了丰富的 API，简化了蓝牙通信的开发。

以下是一个使用 BlueZ 函数库发送数据的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <bluetooth/bluetooth.h>
#include <bluetooth/rfcomm.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int dev_id, sock, status;
    bdaddr_t addr;
    char *dest = "00:11:22:33:44:55";

    // 获取蓝牙设备 ID
    dev_id = hci_get_route(NULL);
    if (dev_id < 0) {
        perror("hci_get_route");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 解析蓝牙地址
    str2ba(dest, &addr);

    // 创建 RFCOMM 套接字
    sock = socket(AF_BLUETOOTH, SOCK_STREAM, BTPROTO_RFCOMM);
    if (sock < 0) {
        perror("socket");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 连接到蓝牙设备
    status = connect(sock, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr));
    if (status < 0) {
        perror("connect");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 发送数据
    status = write(sock, "Hello,