HC-05

ماژول بلوتوث HC-05

ماژول بلوتوث HC-05، یکی از پرکاربردترین و قابل‌اعتمادترین ماژول‌ها برای افزودن ارتباط سریال بی‌سیم به پروژه‌های الکترونیکی است. این ماژول بر پایه تراشه CSR BlueCore04 طراحی شده و از بلوتوث نسخه 2.0 به همراه EDR که باعث افزایش نرخ انتقال داده است، پشتیبانی می‌کند. عملکرد آن در باند فرکانسی 2.4 گیگاهرتز برای انتقال داده در فواصل کوتاه بسیار مناسب است. ماژول HC-05 از پروتکل پورت سریال (SPP) پشتیبانی می‌کند و به سادگی می‌تواند بین میکروکنترلرهای موجود در بردهایی مانند Arduino یا Raspberry Pi و دستگاه‌های دارای بلوتوث مانند لپ‌تاپ‌ها یا گوشی‌های هوشمند ارتباط برقرار کند. ماژول بلوتوث HC-05 در دو ورژن خام و ورژن همراه با برد کمکی تولید و ارائه می‌شود.

کاربردهای ماژول بلوتوث HC-05

ماژول بلوتوث HC-05 انتخابی عالی برای کاربردهایی مانند خانه هوشمند، سنسورها و تجهیزات بی‌سیم، رباتیک، کنترل از راه دور و هر پروژه‌ای است که نیاز به جایگزینی سیم با ارتباط سریال دارد. از این ماژول بلوتوث به‌راحتی می‌توان برای برقراری ارتباط بی‌سیم بین آردوینو یا سایر میکروکنترلرها استفاده کرد. همچنین در دریافت اطلاعات از سنسورهای بی‌سیم و کنترل ربات با گوشی یا تبلت کاربرد دارد. ماژول بلوتوث HC-05 می‌تواند جایگزین عالی برای کابل سریال در سیستم‌های امبدد نیز باشد.

مشخصات فنی ماژول بلوتوث HC-05

ماژول بلوتوث HC-05 دارای ویژگی‌های سخت‌افزاری قابل توجهی است. این ماژول دارای حساسیت گیرندگی 80dBm- بوده و توانایی ارسال سیگنال RF تا 4dBm+ را ارائه می‌دهد. از نظر مصرف انرژی، با ولتاژ پایین 1.8 ولت کار می‌کند و محدوده ولتاژ ورودی/خروجی آن بین 1.8 تا 3.6 ولت است. همچنین از کنترل PIO (ورودی/خروجی قابل برنامه‌ریزی) پشتیبانی می‌کند و دارای رابط UART با نرخ Baud قابل برنامه‌ریزی است که امکان تنظیمات ارتباطی متنوع را فراهم می‌کند. علاوه بر این، ماژول HC-05 دارای آنتن داخلی بوده و به کانکتور لبه‌ای (Edge Connector) مجهز است که ادغام آن با سخت‌افزارهای دیگر را آسان‌تر می‌کند. ابعاد کوچک 12.7 در 27 میلی‌متر آن نیز باعث می‌شود این ماژول برای پروژه‌هایی با محدودیت فضا بسیار مناسب باشد. البته ابعاد ورژن دارای برد کمکی ماژول HC-05 کمی بزرگتر و برابر با 37.5 در 16.5 میلی‌متر است، اما به علت داشتن پین،-هدر قرار گرفتن آن در مدار ساده‌تر می‌شود.

مشخصات نرم‌افزاری ماژول بلوتوث HC-05

ماژول بلوتوث HC-05 دارای ویژگی‌های نرم‌افزاری متنوعی است که ارتباط بی‌سیم را به شکلی قابل اعتماد و انعطاف‌پذیر فراهم می‌کند. این ماژول به‌صورت پیش‌فرض با نرخ انتقال داده (Baud Rate) برابر با 38400 کار کرده و از فرمت داده شامل 8 بیت دیتا، 1 بیت توقف و بدون بیت توازن (Parity) پشتیبانی می‌کند. همچنین نرخ‌های انتقال دیگر شامل 9600، 19200، 38400، 57600، 115200، 230400 و 460800 نیز توسط آن پشتیبانی می‌شوند. با اعمال یک پالس High روی پایه PIO0، دستگاه قطع ارتباط خواهد کرد.

وضعیت اتصال ماژول از طریق پایه PIO1 قابل تشخیص است؛ به طوری که سطح پایین (low) نشان‌دهنده قطع ارتباط و سطح بالا (high) نشان‌دهنده اتصال موفق است. پایه‌های PIO8 و PIO9 نیز قابلیت اتصال به LEDهای قرمز و آبی به‌صورت مجزا را دارند. زمانی که ماژول در حالت مستر-اسلیو جفت شده باشد، LEDهای قرمز و آبی با فاصله زمانی 2 ثانیه یک‌بار چشمک می‌زنند. در صورتی که ماژول در حالت قطع ارتباط باشد، تنها LED آبی با فرکانس 2 بار در ثانیه چشمک خواهد زد.

ماژول HC-05 به طور پیش‌فرض به آخرین دستگاه متصل شده هنگام روشن شدن، مجدداً متصل می‌شود و اجازه جفت‌سازی (Pairing) دستگاه‌های جدید را نیز فراهم می‌سازد. کد پین پیش‌فرض برای جفت‌سازی "0000" در نظر گرفته شده است. همچنین در صورتی که دستگاه به دلیل خارج شدن از محدوده ارتباط قطع شود، تا 30 دقیقه به‌صورت خودکار برای اتصال مجدد تلاش خواهد کرد. این قابلیت‌ها باعث می‌شوند HC-05 گزینه‌ای مناسب، ساده و کارآمد برای ارتباط بلوتوثی باشد.

عملکرد پایه‌های ماژول بلوتوث HC-05 یا HC-05 Pinout

ماژول بلوتوث HC-05 دارای مجموعه‌ای از پین‌ها برای پشتیبانی از ارتباطاتUART، SPI، USB و PCM است. پین 11، پین RESET است که یک ورودی CMOS با مقدار مقاومت pull-up داخلی کم است و در صورتی که بیش از 5 میلی‌ثانیه در وضعیت Low باقی بماند، باعث ریست ماژول می‌شود.

در بخش UART، چند پین تعریف شده است. پین 4 یا پین UART_RTS به عنوان خروجی CMOS برای درخواست ارسال داده (Request to Send)، مورد استفاده قرار می‌گیرد. پین 3 یا پین UART_CTS ورودی CMOS برای ارائه مجوز ارسال (Clear to Send) است. پین 2 یا پین UART_RX پین دریافت داده ورودی، و پین 1 یا پین UART_TX نیز پین ارسال داده خروجی است. این پین‌ها دارای مقدار مقاومت Pull-up یا Pull-down کم هستند.

برای ارتباط SPI، پین‌های دیگری تعریف شده‌اند. پین 17 یا SPI_MOSI برای ورودی داده استفاده می‌شود. پین 16 یا SPI_CSB پین انتخاب چیپ (Chip Select) است که در وضعیت active low قرار دارد. پین 19 یا SPI_CLK ساعت رابط سریال را کنترل می‌کند. پین 18 یا SPI_MISO نیز برای خروجی داده کاربرد دارد. همه این پین‌ها دارای ویژگی‌های ورودی/خروجی CMOS با مقدار مقاومت‌های داخلی کم هستند. در بخش USB، پین‌های USB- (پین 15) و USB+ (پین 20) به صورت دوطرفه (Bi-Directional) طراحی شده‌اند. همچنین پین 14 یا پین NC به صورت Not Connected است.

برای ارتباط PCM (Pulse Code Modulation)، ماژول بلوتوث HC-05 شامل چهار پین است. پین 6 یا PCM_CLK برای کلاک PCM، پین 7 یا PCM_OUT برای خروجی داده، پین 5 یا PCM_IN برای ورودی داده و پین 8 یا PCM_SYNC برای هماهنگ‌سازی داده‌ها (استروب) استفاده می‌شوند. این پین‌ها معمولا برای کاربردهای مرتبط با داده‌های صوتی کاربرد دارند.

پین‌های AIO0 و AIO1 پین‌های عمومی آنالوگ هستند. پین‌های PIO0 تا PIO11 نیز پین‌های عمومی قابل برنامه‌ریزی هستند که برای وظایف کنترلی متفاوت می‌توان از آنها بهره برد. پین‌ 12 پین VCC است که با منبع 3.3 ولت تغذیه می‌شود و پین‌های 13، 21 و 22 پین‌های ground هستند. پین PIO11 نیز پین KEY است که برای تغییر حالت بین مد data و مد AT command استفاده می‌شود و برای پیکربندی تنظیمات ماژول از جمله نرخ baud و نام ماژول ضروری است.

در مجموع، ماژول بلوتوث HC-05 با فراهم کردن پین‌های متنوع، امکان ارتباط با انواع پروتکل‌های رایج را برای کاربردهای مختلف الکترونیکی و امبدد فراهم می‌کند.

عملکرد پایه‌های ماژول بلوتوث HC-05 دارای برد کمکی

برد Breakout به‌گونه‌ای طراحی شده که به‌راحتی با بردهای توسعه مانند آردوینو یکپارچه شود و به این ترتیب استفاده از ماژول HC-05 را ساده‌تر می‌کند. این برد تعداد کمتری پین در دسترس دارد، اما مهم‌ترین پین‌ها به‌صورت قابل دسترس قرار گرفته‌اند تا راه‌اندازی سریع و آسانی داشته باشد. معمولاً ماژول HC-05 با برد کمکی، دارای شش پین است، که باعث می‌شود استفاده از آن برای مبتدیان راحت‌تر باشد.

در ماژول HC-05 با برد کمکی پین 5، پین VCC است که با توجه به نوع طراحی برد کمکی به ولتاژ 3.3 یا 5 ولت متصل می‌شود. پین 4 نیز پین ground است. پین 3، پین TXD است که داده‌ها را به پین RX میکروکنترلر ارسال می‌کند و پین 2، پین RXD است که داده‌ها را از پین TX میکروکنترلر دریافت می‌کند. معمولا لازم است که از یک تقسیم‌کننده ولتاژ یا تنظیم‌کننده سطح ولتاژ برای اتصال به میکروکنترلر 5 ولتی استفاده شود. پین 1 پین STATE است که نشان می‌دهد آیا ماژول به بلوتوث دیگری نیز متصل است یا خیر. در صورت اتصال سیگنال HIGH و در صورت عدم اتصال سیگنال LOW ارسال می‌کند. در نهایت پین 6 نیز پین EN یا KEY است که استفاده از فرمان AT را ممکن می‌سازد و از طریق آن می‌توان ماژول را کانفیگ کرد. قبل از تغذیه ماژول برای دسترسی به مد AT باید این پین در حالت HIGH قرار داده شود.

تفاوت‌های بین ماژول HC-05 و ماژول HC-05 با برد کمکی

ماژول خام HC-05 و ماژول دارای برد کمکی چندین تفاوت عمده از لحاظ دسترسی به پین‌ها، تعداد پین‌ها، ولتاژ کاری و حالت AT command دارند که روی نحوه و سهولت استفاده از آنها موثر است. دانش کافی در رابطه با این تفاوت‌ها به شما کمک می‌کند تا با توجه به نیاز پروژه و سطح تجربه، گزینه مناسب را انتخاب کنید.

دسترسی به پین‌ها

ماژول خام HC-05 دسترسی کامل‌تری به پین‌ها و امکانات داخلی ماژول را فراهم می‌کند و برای کاربرانی مناسب است که دانش فنی بیشتری در زمینه سخت‌افزار دارند. در مقابل، ماژول دارای برد کمکی برای راه‌اندازی سریع و آسان طراحی شده و گزینه‌ای مناسب برای نمونه‌سازی سریع با بردهایی مانند آردوینو است.

تعداد پین‌ها

ماژول خام HC-05 دارای 34 پین است که امکان بهره‌برداری کامل از تمامی قابلیت‌های ماژول را فراهم می‌کند. اما ماژول HC-05 با برد کمکی تنها 6 پین ضروری برای ارتباط بلوتوث را در دسترس قرار می‌دهد که همین امر راه‌اندازی را برای مبتدیان آسان‌تر می‌کند.

ولتاژ کاری

ماژول خام HC-05 با ولتاژ 3.3 ولت کار می‌کند و در صورت استفاده با بردهایی مانند آردوینو (که 5 ولت هستند)، نیاز به تنظیم ولتاژ دارد. در حالی که بسیاری از ماژول‌های با برد کمکی دارای رگولاتور داخلی هستند که امکان اتصال مستقیم به منابع 5 ولت را فراهم می‌کنند.

حالت AT Command

هر دو نوع ماژول قابلیت برنامه‌ریزی با دستورات AT را دارند. از طریق این حالت می‌توان پارامترهایی مانند نرخ انتقال داده (Baud Rate)، نقش ماژول (Master یا Slave) و نام دستگاه را تنظیم کرد. در ماژول خام، پین KEY برای فعال‌سازی حالت دستورات AT استفاده می‌شود، در حالی که در برخی ماژول‌های با برد کمکی ممکن است این عملکرد از طریق یک دکمه داخلی فراهم شده باشد.

نکات مهم برای یکپارچه‌سازی موفق ماژول بلوتوث HC-05

برای جلوگیری از آسیب رسیدن به ماژول HC-05 هنگام طراحی و اجرای یک پروژه و همچنین اطمینان از عملکرد صحیح و عالی پروژه‌تان، لازم است به چند نکته کلیدی توجه کنید. حتما از رگولاتور 3.3 ولت و مبدل سطح منطقی استفاده کنید. ماژول را در فضایی باز و بدون پوشش فلزی قرار دهید تا عملکرد آنتن بهینه باشد. پیش از پیاده‌سازی کامل پروژه، ارتباط را با دستورات ساده AT تست کنید. برای ورود به حالت دستورات AT، کافی است پین PIO11 را در وضعیت pull up قرار داده و ماژول را روشن کنید. سپس از طریق نرم‌افزار ترمینال سریال، می‌توانید دستورات مختلف را ارسال کنید. همچنین برای دستیابی به ارتباطات پویا و بدون خطا، کد پروژه را حتما عیب‌یابی کنید تا از بروز هرگونه خطای احتمالی جلوگیری کنید.

چرا ماژول بلوتوث HC-05 انتخاب خوبی است؟

ماژول HC-05 یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین و قابل‌اعتمادترین ماژول‌های بلوتوث موجود در بازار است. با مجموعه دستورات کامل، پیکربندی ساده، و عملکرد پایدار، این ماژول هم برای نمونه‌سازی و هم برای محصولات نهایی بسیار مناسب است. اگر قصد دارید به پروژه خود قابلیت بلوتوث اضافه کنید، ماژول HC-05 یک راه‌حل سریع، پایدار و ساده برای ایجاد ارتباط بی‌سیم است. با استفاده از این ماژول می‌توانید بدون دردسر کابل‌کشی، داده‌ها را به‌صورت بی‌سیم بین دستگاه‌ها منتقل کنید.

گزینه‌های جایگزین برای ماژول بلوتوث HC-05

با اینکه ماژول بلوتوث HC-05 یکی از محبوب‌ترین گزینه‌ها برای ارتباط بی‌سیم در پروژه‌های الکترونیکی است، اما با توجه به نیازهای خاص پروژه‌تان ممکن است لازم باشد که از گزینه‌های دیگری با ویژگی‌های متفاوت برای برقراری ارتباط بلوتوث و ارسال داده استفاده کنید. در این بخش، به معرفی چند ماژول بلوتوث جایگزین برای HC-05 پرداخته‌ایم که هرکدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند.

ماژول بلوتوث HC-06

این ماژول مشابه HC-05 است، اما فقط در حالت Slave کار می‌کند و نمی‌تواند به‌عنوان master در ارتباطات بلوتوث عمل کند. اندازه کوچکتری دارد و معمولاً ارزان‌تر از HC-05 است. با این حال، برخی ویژگی‌های پیشرفته مثل ورود به حالت فرمان AT برای پیکربندی ماژول را پشتیبانی نمی‌کند. اگر فقط نیاز به اتصال ساده در حالت slave دارید، ماژول بلوتوث HC-06 یک انتخاب مقرون‌به‌صرفه است.

ماژول بلوتوث HM-10

این ماژول پیشرفته‌تر است و از بلوتوث نسخه 4.0 (BLE) پشتیبانی می‌کند. می‌تواند به‌عنوان Master و Slave عمل کند و از مجموعه گسترده‌تری از دستورات AT برای پیکربندی پشتیبانی می‌کند. همچنین برد بیشتری نسبت به HC-05 دارد، اما معمولاً گران‌تر است. اگر پروژه شما نیاز به ارتباطات بی سیم با مصرف انرژی کمتر و برد بیشتر دارد و از هر دو قابلیت master و slave پشتیبانی می‌کند، ماژول HM-10 می‌تواند انتخاب مناسبی باشد.

ماژول بلوتوث RN-42

این ماژول از پروفایل‌های SPP و HID پشتیبانی می‌کند که مشابه عملکرد HC-05 است. برد بیشتری دارد و نرخ انتقال داده سریع‌تری ارائه می‌دهد. با این حال، RN-42 قیمت بالاتری دارد و ممکن است به پیکربندی‌های بیشتری برای عملکرد صحیح نیاز داشته باشد. اگر پروژه شما نیاز به برد بلندتر و سرعت انتقال داده بیشتر دارد و یا می‌خواهید از پروفایل‌های پیشرفته‌تری مانند HID برای دستگاه‌های جانبی استفاده کنید، RN-42 یک گزینه عالی خواهد بود.

ماژول ESP32

این ماژول قدرتمند دارای پردازنده دو هسته‌ای است و از وای‌فای و هر دو نوع بلوتوث کلاسیک و BLE پشتیبانی می‌کند. اگرچه قیمت آن بالاتر از HC-05 است، اما قابلیت‌ها و ویژگی‌های بیشتری ارائه می‌دهد و بنابراین برای پروژه‌های پیچیده‌تر که نیاز به اتصال همزمان به وای فای و بلوتوث دارند، مناسب است. از ماژول ESP32 به ویژه برای پروژه‌های اینترنت اشیا استفاده می‌کنند.