STM32单片机无线通信：蓝牙、Wi-Fi与物联网的实战指南

# 1. STM32单片机无线通信基础**

无线通信在现代嵌入式系统中发挥着至关重要的作用，使设备能够与外部世界进行交互。STM32单片机凭借其强大的处理能力和丰富的外设，为无线通信应用提供了理想的平台。本章将介绍STM32单片机无线通信的基础知识，包括无线通信协议、设备类型和STM32外设库。

无线通信协议是实现设备之间数据交换的规则集。本章将重点介绍蓝牙和Wi-Fi两种流行的无线通信协议。蓝牙是一种短距离无线技术，适用于低功耗和低带宽应用。Wi-Fi是一种中距离无线技术，提供更高的带宽和数据速率。

STM32单片机提供了一系列外设库，简化了无线通信的开发。这些库包含了低级驱动程序和API，使开发人员能够轻松配置和控制无线外设。本章将介绍蓝牙和Wi-Fi外设库，并讨论如何使用这些库进行无线通信编程。

# 2. 蓝牙通信

### 2.1 蓝牙技术概述

#### 2.1.1 蓝牙协议栈

蓝牙协议栈是一个分层的协议体系，它定义了蓝牙设备之间通信的规则和格式。蓝牙协议栈由以下层组成：

- **链路管理层 (LMP)：**负责建立和管理蓝牙连接。
- **逻辑链路控制与适应协议 (L2CAP)：**提供面向连接和无连接的数据传输服务。
- **服务发现协议 (SDP)：**允许设备发现和连接到其他蓝牙设备上的服务。
- **通用属性配置文件 (GATT)：**定义了蓝牙设备中服务和特性的标准化方式。

#### 2.1.2 蓝牙设备类型

蓝牙设备分为以下类型：

- **主设备：**负责建立和管理蓝牙连接。
- **从设备：**连接到主设备并与之通信。
- **双模设备：**既可以作为主设备又可以作为从设备。

### 2.2 STM32单片机蓝牙编程

#### 2.2.1 蓝牙外设库介绍

STM32Cube HAL库提供了蓝牙外设库，它简化了STM32单片机上的蓝牙编程。蓝牙外设库包含以下功能：

- **蓝牙初始化和配置**
- **蓝牙连接建立和管理**
- **蓝牙数据传输**
- **蓝牙低功耗模式**

#### 2.2.2 蓝牙通信流程

STM32单片机上的蓝牙通信流程如下：

1. 初始化蓝牙外设库。
2. 配置蓝牙设备类型和参数。
3. 扫描其他蓝牙设备。
4. 建立蓝牙连接。
5. 交换数据。
6. 断开蓝牙连接。

### 2.3 蓝牙通信实战案例

#### 2.3.1 蓝牙数据传输

以下代码示例演示了如何使用STM32Cube HAL库在两个蓝牙设备之间传输数据：

// 发送数据
HAL_UART_Transmit(&huart, data, sizeof(data), 1000);

// 接收数据
HAL_UART_Receive(&huart, data, sizeof(data), 1000);

**代码逻辑分析：**

* `HAL_UART_Transmit` 函数用于发送数据。`huart` 是 UART 外设句柄，`data` 是要发送的数据，`sizeof(data)` 是数据大小，`1000` 是超时时间（以毫秒为单位）。
* `HAL_UART_Receive` 函数用于接收数据。`huart` 是 UART 外设句柄，`data` 是要接收的数据，`sizeof(data)` 是数据大小，`1000` 是超时时间（以毫秒为单位）。

#### 2.3.2 蓝牙低功耗模式

蓝牙低功耗模式 (BLE) 是一种省电的蓝牙模式，适用于电池供电设备。BLE 使用以下技术来降低功耗：

- **短广告间隔：**BLE 设备以较短的间隔广播其存在。
- **连接间隔：**BLE 设备以较长的间隔连接到其他设备。
- **低数据速率：**BLE 使用较低的数据速率进行通信。

以下代码示例演示了如何将 STM32 单片机配置为 BLE 模式：

// 设置 BLE 参数
hci_le_set_advertising_parameters(BT_LE_ADV_IND, BT_LE_ADV_OPT_USE_NAME, BT_LE_ADV_FAST_INT_MIN_20MS, BT_LE_ADV_FAST_INT_MAX_40MS, NULL, 0, 0, 0);

// 启用 BLE 广告
hci_le_set_advertise_enable(1);

**代码逻辑分析：**

* `hci_le_set_advertising_parameters` 函数用于设置 BLE 广告参数。`BT_LE_ADV_IND` 指定广告类型，`BT_LE_ADV_OPT_USE_NAME` 指定广告中包含设备名称，`BT_LE_ADV_FAST_INT_MIN_20MS` 和 `BT_LE_ADV_FAST_INT_MAX_40MS` 指定广告间隔，`NULL` 指定没有过滤规则，`0` 指定没有直接地址，`0` 指定没有间接地址，`0` 指定没有定时地址。
* `hci_le_set_advertise_enable` 函数用于启用 BLE 广告。`1` 表示启用广告。

# 3. Wi-Fi通信

### 3.1 Wi-Fi技术概述

**3.1.1 Wi-Fi协议栈**

Wi-Fi协议栈是一个分层结构，包括以下层：

* **物理层 (PHY)**：负责物理信号的传输和接