基于STM32CubeIDE物联网应用之蓝牙通信经验分享

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攻城狮Melo 发布时间：2023-4-7 15:54

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文章简介:	基于STM32CubeIDE物联网应用之蓝牙通信经验分享

一、蓝牙通信技术
      蓝牙技术是一种点对点点对面的网络构架，他可以在限制的范围内以很快的速度传输网络数据，在物联网应用中，支持网状网络的物联网短距离无线通信。目前它还被广泛用于智能可穿戴设备、智能门锁、智能医疗设备、智能照明设备、智能家电等消费电子、工业采集、汽车电子、智能建筑等所有的物联网智能产品中。

      蓝牙是无线个人局域网，最初由爱立信制作，后来由蓝牙技术联盟制定了技术标准。蓝牙产品包括小型蓝牙模块，以及支持连接的蓝牙无线电和软件。如果两台蓝牙设备想相互交流，则需要进行配对，一台设备将成为主设备，所有其他设备都将成为从设备。通信时，主站侧需要进行检索并开始配对，如果构建链成功，则双方需要能够发送接收数据。在通信状态下，主侧和从侧的设备都开始切断，可以切断蓝牙链接。蓝牙通信本质上就是无线电传输技术，蓝牙的工作波段为2400–2483.5MHz（包括防护频带）。这是全球范围内无需取得执照（但并非无管制的）的工业、科学和医疗用（ISM）波段的 2.4 GHz 短距离无线电频段。

二、MCU及蓝牙模块
      本文采用STM32F103C8T6的芯片及JDY-08 蓝牙透传模块，相关引脚如下：

      MCU引脚设定：PA9、PA10作为USART1引脚，用于下载程序、调试显示，PA2、PA3作为USART2引脚，并与蓝牙模块进行通信，PA8作为GPIO_OUTPUT模式，用来控制蓝牙模块上的PWRC。

蓝牙模块为JDY-08 蓝牙透传模块，基于蓝牙 4.0 协议标准，工作频段为 2.4GHZ 范围，调制方式为 GFSK，最大发射功率为 0db，最大发射距离 80 米，采用 TICC2541 芯片设计，支持用户通过 AT 命令修改设备名、服务 UUID、发射功率、配对密码等指令。

TICC2541 芯片引脚：

引脚功能定义，在使用串口发送命令时，请将模块的 PWRC 引脚接地，并接上模块的电源（VCC、GND），电源电压为3~ 3.3V：

以及本文用到两个AT指令：

三、cubeMX配置MCU及蓝牙接口
      本工程设计功能如下：

      MCU（STM32F103C8T6）的引脚PA2、PA3的与蓝牙模块（TICC2541 ）的11、12引脚连接，实现数据通信；MCU的PA8引脚与蓝牙模块的22引脚连接实现，实现蓝牙模块唤醒。

      通信逻辑：电脑（com4）<->(Usart1)MCU(Usart2)<->蓝牙模块->手机（蓝牙调试器，需要开启手机蓝牙功能）。

      功能：
      按键功能，用于按键时向蓝牙模块发送AT指令；
      LED功能，用于接收蓝牙模块数据时做出闪灯响应；
      蓝牙功能，接收来自MCU端的串口通信，接收手机端的无线传输（即蓝牙通信）；
      串口调试功能，MCU执行程序可以向Usart1发送信息到电脑端，既可实现日志输出，也可以实现指令转发到蓝牙模块。
      【1】创建工程
      1）新建stm32工程，选择芯片STM32F103C8T6

2）为工程命名完成创建

【2】CubeMX配置
1）开启sys mode接口

2）开启RCC

3）开启USART1（下载、调试）、USART2（连接蓝牙模块）。

4）开启串口USART1、USART2中断功能

5）串口引脚参数配置

6）蓝牙测试辅助接口及按键、LED灯GPIO引脚添加：

7）系统时钟配置，直接拉满STM32F103C8T6能支持到的72MHz。

8）本工程配置页面保持默认，没有为每个外围设备驱动创建独立源文件，点击保持或生成代码按钮输出代码。

四、代码设计
【1】首先创建usart1接口的调试输出支持
1）禁用syscalls.c，右键选择该文件进入属性页面设置。

2）在工程目录下创建源码目录ICore，添加文件夹print及print.h/print.c，实现对系统printf函数的映射到usart1输出显示功能。

print.h

#ifndef INC_RETARGET_H_
#define INC_RETARGET_H_
#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "stdio.h"//用于printf函数串口重映射
#include <sys/stat.h>
void ResetPrintInit(UART_HandleTypeDef *huart);
int _isatty(int fd);
int _write(int fd, char* ptr, int len);
int _close(int fd);
int _lseek(int fd, int ptr, int dir);
int _read(int fd, char* ptr, int len);
int _fstat(int fd, struct stat* st);
#endif /* INC_RETARGET_H_ */

复制代码

print.c

#include <_ansi.h>
#include <_syslist.h>
#include <errno.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/times.h>
#include <limits.h>
#include <signal.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include "print.h"
#if !defined(OS_USE_SEMIHOSTING)
#define STDIN_FILENO 0
#define STDOUT_FILENO 1
#define STDERR_FILENO 2
UART_HandleTypeDef *gHuart;
void ResetPrintInit(UART_HandleTypeDef *huart) {
gHuart = huart;
/* Disable I/O buffering for STDOUT stream, so that
* chars are sent out as soon as they are printed. */
setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);
}
int _isatty(int fd) {
if (fd >= STDIN_FILENO && fd <= STDERR_FILENO)
return 1;
errno = EBADF;
return 0;
}
int _write(int fd, char* ptr, int len) {
HAL_StatusTypeDef hstatus;
if (fd == STDOUT_FILENO || fd == STDERR_FILENO) {
hstatus = HAL_UART_Transmit(gHuart, (uint8_t *) ptr, len, HAL_MAX_DELAY);
if (hstatus == HAL_OK)
return len;
else
return EIO;
}
errno = EBADF;
return -1;
}
int _close(int fd) {
if (fd >= STDIN_FILENO && fd <= STDERR_FILENO)
return 0;
errno = EBADF;
return -1;
}
int _lseek(int fd, int ptr, int dir) {
(void) fd;
(void) ptr;
(void) dir;
errno = EBADF;
return -1;
}
int _read(int fd, char* ptr, int len) {
HAL_StatusTypeDef hstatus;
if (fd == STDIN_FILENO) {
hstatus = HAL_UART_Receive(gHuart, (uint8_t *) ptr, 1, HAL_MAX_DELAY);
if (hstatus == HAL_OK)
return 1;
else
return EIO;
}
errno = EBADF;
return -1;
}
int _fstat(int fd, struct stat* st) {
if (fd >= STDIN_FILENO && fd <= STDERR_FILENO) {
st->st_mode = S_IFCHR;
return 0;
}
errno = EBADF;
return 0;
}
#endif //#if !defined(OS_USE_SEMIHOSTING)

复制代码

      【2】创建按键驱动、LED驱动、延时函数功能的支持
      1）在ICore添加delay目录，并添加delay.h/delay.c源文件
      delay.h

#ifndef DELAY_DELAY_H_
#define DELAY_DELAY_H_
#include "stm32f1xx_hal.h" //HAL库文件声明
void delay_us(uint32_t us); //C文件中的函数声明
#endif /* DELAY_DELAY_H_ */

复制代码

delay.c

#include "delay.h"
void delay_us(uint32_t us) //利用CPU循环实现的非精准应用的微秒延时函数
{
uint32_t delay = (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 8000000 * us); //使用HAL_RCC_GetHCLKFreq()函数获取主频值，经算法得到1微秒的循环次数
while (delay--); //循环delay次，达到1微秒延时
}

复制代码

2）在ICore添加key目录，并添加key.h/key.c源文件

key.h

#ifndef KEY_KEY_H_
#define KEY_KEY_H_
#include "stm32f1xx_hal.h" //HAL库文件声明
#include "main.h" //IO定义与初始化函数在main.c文件中，必须引用
#include "../delay/delay.h"
uint8_t KEY_1(void);//按键1
uint8_t KEY_2(void);//按键2
#endif /* KEY_KEY_H_ */

复制代码

key.c

#include "key.h"
uint8_t KEY_1(void)
{
uint8_t a;
a=0;//如果未进入按键处理，则返回0
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY1_Pin)==GPIO_PIN_RESET){//读按键接口的电平
// HAL_Delay(20);//延时去抖动（外部中断回调函数调用时不能使用系统自带的延时函数）
delay_us(20000);//延时去抖动
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY1_Pin)==GPIO_PIN_RESET){ //读按键接口的电平
a=1;//进入按键处理，返回1
}
}
while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY1_Pin)==GPIO_PIN_RESET); //等待按键松开
delay_us(20000);//延时去抖动（避开按键放开时的抖动）
return a;
}
uint8_t KEY_2(void)
{
uint8_t a;
a=0;//如果未进入按键处理，则返回0
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY2_Pin)==GPIO_PIN_RESET){//读按键接口的电平
// HAL_Delay(20);//延时去抖动（外部中断回调函数调用时不能使用系统自带的延时函数）
delay_us(20000);//延时去抖动
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY2_Pin)==GPIO_PIN_RESET){ //读按键接口的电平
a=1;//进入按键处理，返回1
}
}
while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY2_Pin)==GPIO_PIN_RESET); //等待按键松开
delay_us(20000);//延时去抖动（避开按键放开时的抖动）
return a;
}

复制代码

3）在ICore添加led目录，并添加led.h/led.c源文件

key.h

#ifndef LED_LED_H_
#define LED_LED_H_
#include "stm32f1xx_hal.h" //HAL库文件声明
#include "main.h" //IO定义与初始化函数在main.c文件中，必须引用
void LED_1(uint8_t a);//LED1独立控制函数（0为熄灭，其他值为点亮）
void LED_2(uint8_t a);//LED2独立控制函数（0为熄灭，其他值为点亮）
void LED_ALL(uint8_t a);//LED1~4整组操作函数（低4位的1/0状态对应4个LED亮灭，最低位对应LED1）
void LED_1_Contrary(void);//LED1状态取反
void LED_2_Contrary(void);//LED2状态取反
#endif /* LED_LED_H_ */

复制代码

key.c

#include "led.h"
void LED_1(uint8_t a)//LED1独立控制函数（0为熄灭，其他值为点亮）
{
if(a)HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LED1_Pin,GPIO_PIN_SET);
else HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LED1_Pin,GPIO_PIN_RESET);
}
void LED_2(uint8_t a)//LED2独立控制函数（0为熄灭，其他值为点亮）
{
if(a)HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LED2_Pin,GPIO_PIN_SET);
else HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LED2_Pin,GPIO_PIN_RESET);
}
void LED_ALL(uint8_t a)//LED1~2整组操作函数（低2位的1/0状态对应2个LED亮灭，最低位对应LED1）
{
if(a&0x01)HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LED1_Pin,GPIO_PIN_SET);
else HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LED1_Pin,GPIO_PIN_RESET);
if(a&0x02)HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LED2_Pin,GPIO_PIN_SET);
else HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LED2_Pin,GPIO_PIN_RESET);
}
void LED_1_Contrary(void){
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LED1_Pin,1-HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,LED1_Pin));
}
void LED_2_Contrary(void){
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LED2_Pin,1-HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,LED2_Pin));
}

复制代码

      【3】创建串口驱动程序，主要是复写串口回调功能
      1）在ICore添加usart目录，并添加usart.h/usart.c源文件，实现串口驱动功能

      usart.h

#ifndef INC_USART_H_
#define INC_USART_H_
#include "stm32f1xx_hal.h" //HAL库文件声明
#include <string.h>//用于字符串处理的库
#include "../print/print.h"//用于printf函数串口重映射
extern UART_HandleTypeDef huart1;//声明USART1的HAL库结构体
extern UART_HandleTypeDef huart2;//声明USART2的HAL库结构体
#define USART1_REC_LEN 200//定义USART1最大接收字节数
#define USART2_REC_LEN 200//定义USART1最大接收字节数
extern uint8_t USART1_RX_BUF[USART1_REC_LEN];//接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.末字节为换行符
extern uint16_t USART1_RX_STA;//接收状态标记
extern uint8_t USART1_NewData;//当前串口中断接收的1个字节数据的缓存
extern uint8_t USART2_RX_BUF[USART2_REC_LEN];//接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.末字节为换行符
extern uint16_t USART2_RX_STA;//接收状态标记
extern uint8_t USART2_NewData;//当前串口中断接收的1个字节数据的缓存
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//串口中断回调函数声明
#endif /* INC_USART_H_ */

复制代码

usart.c

#include "usart.h"
uint8_t USART1_RX_BUF[USART1_REC_LEN];//接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.
/*
* bit15:接收到回车(0x0d)时设置HLPUSART_RX_STA|=0x8000;
* bit14:接收溢出标志，数据超出缓存长度时，设置HLPUSART_RX_STA|=0x4000;
* bit13:预留
* bit12:预留
* bit11~0：接收到的有效字节数目(0~4095)
*/
uint16_t USART1_RX_STA=0;
uint8_t USART1_NewData;//当前串口中断接收的1个字节数据的缓存
uint8_t USART2_RX_BUF[USART2_REC_LEN];
uint16_t USART2_RX_STA=0;
uint8_t USART2_NewData;
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)//串口中断回调函数
{
if(huart ==&huart1)//判断中断来源（串口1：USB转串口）
{
// printf("%c",USART1_NewData); //测试用，把收到的数据以 a符号变量发送回电脑
if(USART1_NewData==0x0d){//回车标记
USART1_RX_STA|=0x8000;//标记接到回车
}else{
if((USART1_RX_STA&0X0FFF)<USART1_REC_LEN){
USART1_RX_BUF[USART1_RX_STA&0X0FFF]=USART1_NewData; //将收到的数据放入数组
USART1_RX_STA++; //数据长度计数加1
}else{
USART1_RX_STA|=0x4000;//数据超出缓存长度,标记溢出
}
}
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)&USART1_NewData,1); //再开启接收中断
}
if(huart ==&huart2)//判断中断来源（串口2：BT模块）
{
// printf("%c",USART2_NewData); //测试用，把收到的数据以 a符号变量发送回电脑
if(USART2_NewData==0x0d||USART2_NewData==0x0A){//回车标记,（手机APP“蓝牙调试器”回复数据以0x5A为结束符）
USART2_RX_STA|=0x8000;//标记接到回车
}else{
if((USART2_RX_STA&0X0FFF)<USART2_REC_LEN){
USART2_RX_BUF[USART2_RX_STA&0X0FFF]=USART2_NewData; //将收到的数据放入数组
USART2_RX_STA++; //数据长度计数加1
}else{
USART2_RX_STA|=0x4000;//数据超出缓存长度,标记溢出
}
}
HAL_UART_Receive_IT(&huart2,(uint8_t *)&USART2_NewData,1); //再开启接收中断
}
}

复制代码

      【4】创建蓝牙驱动
      该驱动主要实现通过usart2向蓝牙模块写入数据，（读取数据主要通过串口usart2回调，在usart.c中实现）。在ICore添加bt目录，并添加bt.h/bt.c源文件，实现蓝牙驱动功能

      bt.h

#ifndef BT_BT_H_
#define BT_BT_H_
#include "stm32f1xx_hal.h" //HAL库文件声明
#include "main.h"
#include "../usart/usart.h"
#include "../delay/delay.h"
#include <string.h>//用于字符串处理的库
#include <stdarg.h>
#include <stdlib.h>
#include "stdio.h"
extern UART_HandleTypeDef huart2;//声明UART2的HAL库结构体
void BT_WEEKUP (void);//蓝牙模块唤醒函数
void BT_printf (char *fmt, ...); //BT蓝牙模块发送
#endif /* BT_BT_H_ */

复制代码

bt.c

#include "bt.h"
//蓝牙模块唤醒函数
//对蓝牙模块上的PWRC（P00）接口一个低电平脉冲，如不使用睡眠模式可忽略此函数
void BT_WEEKUP (void)
{
HAL_GPIO_WritePin(BT_RE_GPIO_Port,BT_RE_Pin, GPIO_PIN_RESET);//PWRC接口控制
delay_us(100);
HAL_GPIO_WritePin(BT_RE_GPIO_Port,BT_RE_Pin, GPIO_PIN_SET);//PWRC接口控制
}
//蓝牙模块通信，使用UART2，这是BT蓝牙的printf函数
//调用方法：BT_printf("123"); //向UART2发送字符123
void BT_printf (char *fmt, ...)
{
char buff[USART2_REC_LEN+1]; //用于存放转换后的数据 [长度]
uint16_t i=0;
va_list arg_ptr;
va_start(arg_ptr, fmt);
vsnprintf(buff, USART2_REC_LEN+1, fmt, arg_ptr);//数据转换
i=strlen(buff);//得出数据长度
if(strlen(buff)>USART2_REC_LEN)i=USART2_REC_LEN;//如果长度大于最大值，则长度等于最大值（多出部分忽略）
HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t *)buff,i,0xffff);//串口发送函数（串口号，内容，数量，溢出时间）
va_end(arg_ptr);
}
//所有USART串口的中断回调函数HAL_UART_RxCpltCallback，统一存放在USART.C文件中。

复制代码

五、编译及测试
【1】功能调用及编译
1）在main.c文件中进行蓝牙功能调用实现，部分源码如下：

/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "../../ICore/led/led.h"
#include "../../ICore/key/key.h"
#include "../../ICore/delay/delay.h"
#include "../../ICore/print/print.h"//用于printf函数串口重映射
#include "../../ICore/bt/bt.h"
/* USER CODE END Includes */
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
UART_HandleTypeDef huart1;
UART_HandleTypeDef huart2;
/* USER CODE BEGIN PV */
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_USART2_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
ResetPrintInit(&huart1);//将printf()函数映射到UART1串口上
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)&USART1_NewData,1);//开启串口1接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart2,(uint8_t *)&USART2_NewData,1); //再开启串口3接收中断
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
//demo 蓝牙02
if(USART2_RX_STA&0xC000){//判断中断接收标志位（蓝牙模块BT，使用USART2）
BT_printf("%c",USART2_RX_STA);
if((USART2_RX_STA&0x7FFF) == 1) //判断接收数量1个（手机控制程序）
{
BT_printf("%c",USART2_RX_BUF[0]);
switch (USART2_RX_BUF[0]){//判断接收数据的内容
case 0x41:
LED_1(1);//LED1控制
BT_printf("Relay ON");//返回数据内容，在手机APP上显示
break;
case 0x44:
LED_1(0);//LED1控制
BT_printf("Relay OFF");//返回数据内容，在手机APP上显示
break;
case 0x42:
LED_2(1);//LED1控制
BT_printf("LED1 ON");//返回数据内容，在手机APP上显示
break;
case 0x45:
LED_2(0);//LED1控制
BT_printf("LED1 OFF");//返回数据内容，在手机APP上显示
break;
case 0x43:
LED_1(0);//LED1控制
LED_2(0);//LED1控制
BT_printf("BEEP");//返回数据内容，在手机APP上显示
break;
case 0x46:
BT_printf("CPU Reset");//返回数据内容，在手机APP上显示
HAL_Delay(1000);//延时
NVIC_SystemReset();//系统软件复位函数
break;
default:
//冗余语句
break;
}
}
printf("%.*s\r\n", USART2_RX_STA&0X0FFF, USART2_RX_BUF);//BT接收内容,转发usart1
USART2_RX_STA=0;//标志位清0，准备下次接收
}
//接收到电脑发送给(usart1)数据，转身将其发送到给usart2，进而实现送数据给BT模块
if(USART1_RX_STA&0xC000){//结束标记
BT_printf("%.*s\r\n",USART1_RX_STA&0X0FFF, USART1_RX_BUF);
USART1_RX_STA=0;//接收重新开始
HAL_Delay(100);//等待
}
if(KEY_1())//按下KEY1判断
{
LED_1(1);//LED1控制 //在蓝牙模块回复之前先将LED状态复位
LED_2(0);//LED2控制
BT_printf("AT+NAMEPYFREEBT");//向蓝牙模块发送AT指令（修改模块的广播名为PYFREEBT）
}
if(KEY_2())//按下KEY2判断
{
LED_1(0);//LED1控制 //在蓝牙模块回复之前先将LED状态复位
LED_2(1);//LED2控制
BT_printf("AT+DISC");//向蓝牙模块发送AT指令（断开与手机的连接）
}
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}

复制代码

2）设置编译输出支持，右键工程进入项目属性设置页面：

3）点击编译按钮，完成编译（整个工程需要源码修改或添加的源文件如下）：

      【2】程序测试
      1）测试过程需要三个工具文件支持，读者可以自网上搜索最新版本或采用其他同功能工具替代测试：
      FlyMCU加载工具，将生成的.hex程序文件加载到板子上
      SSCOM5串口工具，连接MCU的USART1，实现调试信息显示及下行指令输入
      蓝牙调试器工具，本文用的是1.9安卓版本。

2）加载程序，选择串口，选择程序(.hex)，点击开始编程按钮：

3）手机打开蓝牙调试器（别忘了开启手机蓝牙功能），进入界面，搜索蓝牙，点击蓝牙边上“+”按钮连接蓝牙模块，采用SSCOM串口工具连接到usart1上，就可以通过蓝牙通信实现手机（蓝牙调试器）与电脑（串口工具）的通信了，在蓝牙调试器发送数据时，十六进制时需要加上“0A”作为结尾，如果十进制发送时，注意加上换行再发送：