【Beetle ESP32 C6迷你开发板】低功耗蓝牙（BLE）功能初步使用

HonestQiao 发表于 2024-5-18 23:33

<div class='showpostmsg'> 本帖最后由 HonestQiao 于 2024-5-21 18:50 编辑

一、BLE功能了解

ESP32-C6搭载160MHz的高性能RISC-V 32位处理器，支持Wi-Fi 6、Bluetooth 5、Zigbee 3.0、Thread 1.3通讯协议，可接入多种通讯协议的物联网网络。

其中的Bluetooth 5，是蓝牙标准第5代，和Bluetooth 4对比如下：

  从上面的对比可以看到，Bluetooth 5比Bluetooth 4提升了一大截。

 

乐鑫的esp-idf，也为ESP32-C6提供了完善的低功耗蓝牙（BLE）支持能力。

 

二、BLE扫描功能使用

为了方便分享，本篇分享的实例，使用了友好的Arduino开发平台。

在Arduino的ESP32支持库Arduino-ESP32中，有BLE能力的支持库：<a href="https://github.com/espressif/arduino-esp32/tree/master/libraries/BLE" target="_blank">https://github.com/espressif/arduino-esp32/tree/master/libraries/BLE</a>

BLE的扫描功能，主要用于设备发现，通过周边BLE设备的广播信息，获取BLE设备的基础信息。

 

要使用设备发现功能，首先需要调用几个关键的库文件：

<pre>
<code class="language-cpp">#include <BLEDevice.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLEScan.h>
#include <BLEAdvertisedDevice.h></code></pre>

上面的库文件，提供了BLE基本功能支持，扫描功能支持，和设备广播信息支持。

 

然后实例化一个BLE设备对象：

<pre>
<code class="language-cpp">BLEScan *pBLEScan;</code></pre>

在开启扫描功能：

<pre>
<code class="language-cpp">pBLEScan = BLEDevice::getScan();//create new scan
pBLEScan->setActiveScan(true);//active scan uses more power, but get results faster
pBLEScan->setInterval(100);
pBLEScan->setWindow(99);// less or equal setInterval value</code></pre>

同时，还要设置一个广播信息获取后的回调，以便把扫描到的BLE谁被信息输出，具体如下：

<pre>
<code>class MyAdvertisedDeviceCallbacks : public BLEAdvertisedDeviceCallbacks {
void onResult(BLEAdvertisedDevice advertisedDevice) {
Serial.printf("Advertised Device: %s \n", advertisedDevice.toString().c_str());
}
};

pBLEScan->setAdvertisedDeviceCallbacks(new MyAdvertisedDeviceCallbacks());</code></pre>

上面代码中，定一个基类BLEAdvertisedDeviceCallbacks的类MyAdvertisedDeviceCallbacks，其中的onResult用于接收扫描到的设备信息。

 

然后，启动扫描功能即可进行扫描和输出信息：

<pre>
<code class="language-cpp">BLEScanResults *foundDevices = pBLEScan->start(5, false);
Serial.println(foundDevices->getCount()); // 获取扫描到的BLE设备数量
pBLEScan->clearResults();// 清理扫描结果</code></pre>

 

完整的代码如下：

<pre>
<code class="language-cpp">/*
Based on Neil Kolban example for IDF: https://github.com/nkolban/esp32-snippets/blob/master/cpp_utils/tests/BLE%20Tests/SampleScan.cpp
Ported to Arduino ESP32 by Evandro Copercini
*/

#include <BLEDevice.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLEScan.h>
#include <BLEAdvertisedDevice.h>

int scanTime = 5;//In seconds
BLEScan *pBLEScan;

class MyAdvertisedDeviceCallbacks : public BLEAdvertisedDeviceCallbacks {
void onResult(BLEAdvertisedDevice advertisedDevice) {
Serial.printf("Advertised Device: %s \n", advertisedDevice.toString().c_str());
}
};

void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println("Scanning...");

BLEDevice::init("");
pBLEScan = BLEDevice::getScan();//create new scan
pBLEScan->setAdvertisedDeviceCallbacks(new MyAdvertisedDeviceCallbacks());
pBLEScan->setActiveScan(true);//active scan uses more power, but get results faster
pBLEScan->setInterval(100);
pBLEScan->setWindow(99);// less or equal setInterval value
}

void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
BLEScanResults *foundDevices = pBLEScan->start(scanTime, false);
Serial.print("Devices found: ");
Serial.println(foundDevices->getCount());
Serial.println("Scan done!");
pBLEScan->clearResults();// delete results fromBLEScan buffer to release memory
delay(2000);
}</code></pre>

 

在Arduino中，按照下面的设置，进行编译烧录：

  

烧录后，打开串口监控，可以看到扫描输出信息：

  上面输出中的L4260，就是我家打印机了。

 

三、BLE UART功能使用

BLE设备可以通过GATT的GAP定义自身的角色，例如：外围设备（Peripheral）和中心设备（Central）。

GATT 是一个在蓝牙连接之上的发送和接收很短的数据段的通用规范。

GAP定义了设备如何彼此发现、建立连接以及如何实现绑定，同时描述了设备如何成为广播者和观察者，并且实现无需连接的传输。GAP 使你的设备被其他设备可见，并决定了你的设备是否可以或者怎样与合同设备进行交互。

当做为外围设备（Peripheral），可以对外发布自身能够提供的服务。其中，最常见的一项服务是UART服务，可以通过低功耗蓝牙，实现乐思串口通讯的能力。UART服务最早是Nordic Semiconductor 的 BLE 模组提供的自定义服务Nordic UART Service，现在只要遵循其标准定义，那么都可以提供该服务。

 

通过BLE对外提供服务，主要需要定义服务(Service) 和标签(Characteristic)，以便告知其他设备，自己能够提供的服务和具体的功能：

  

 

而在UART服务中，Service包含两个Characteristic，一个被配置只读的通道（RX），另一个配置为只写的通道（TX）。

通常情况下，Service和Characteristic都是一个UUID，UART对应的如下：

<ul>
<li>UART Service：6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E</li>
<li>RX标签：6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E，表示可以从该标签接收到信息</li>
<li>TX标签：6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E ，表示可以向改标签写入信息</li>
</ul>

 

要在ESP32-C6上提供UART 服务，需要按照以下的步骤进行：

<ol>
<li>   创建BLE服务端</li>
<li>   创建BLE服务</li>
<li>   创建BLE服务对应的标签</li>
<li>   设置标签对应的描述信息</li>
<li>   启动服务</li>
<li>   启动广播</li>
</ol>

参考官方的实例，测试代码如下：

<pre>
<code class="language-cpp">#include <BLEDevice.h>
#include <BLEServer.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLE2902.h>

BLEServer *pServer = NULL;
BLECharacteristic *pTxCharacteristic;
bool deviceConnected = false;
bool oldDeviceConnected = false;
uint8_t txValue = 0;

// See the following for generating UUIDs:
// https://www.uuidgenerator.net/

#define SERVICE_UUID "6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"// UART service UUID
#define CHARACTERISTIC_UUID_RX "6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"
#define CHARACTERISTIC_UUID_TX "6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"

class MyServerCallbacks : public BLEServerCallbacks {
void onConnect(BLEServer *pServer) {
deviceConnected = true;
};

void onDisconnect(BLEServer *pServer) {
deviceConnected = false;
}
};

class MyCallbacks : public BLECharacteristicCallbacks {
void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic) {
String rxValue = pCharacteristic->getValue();

if (rxValue.length() > 0) {
 Serial.println("*********");
 Serial.print("Received Value: ");
 for (int i = 0; i < rxValue.length(); i++) {
 Serial.print(rxValue);
 }

 Serial.println();
 Serial.println("*********");
}
}
};

void setup() {
Serial.begin(115200);

// Create the BLE Device
BLEDevice::init("ESP32-C6 UART Service");

// Create the BLE Server
pServer = BLEDevice::createServer();
pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks());

// Create the BLE Service
BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);

// Create a BLE Characteristic
pTxCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_TX, BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY);

pTxCharacteristic->addDescriptor(new BLE2902());

BLECharacteristic *pRxCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_RX, BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE);

pRxCharacteristic->setCallbacks(new MyCallbacks());

// Start the service
pService->start();

// Start advertising
pServer->getAdvertising()->start();
Serial.println("Waiting a client connection to notify...");
}

void loop() {

if (deviceConnected) {
pTxCharacteristic->setValue(&txValue, 1);
pTxCharacteristic->notify();
txValue++;
delay(1000);// bluetooth stack will go into congestion, if too many packets are sent

pTxCharacteristic->setValue("\nESP32-C6\n");
pTxCharacteristic->notify();
delay(1000);// bluetooth stack will go into congestion, if too many packets are sent
}

// disconnecting
if (!deviceConnected && oldDeviceConnected) {
delay(500); // give the bluetooth stack the chance to get things ready
pServer->startAdvertising();// restart advertising
Serial.println("start advertising");
oldDeviceConnected = deviceConnected;
}
// connecting
if (deviceConnected && !oldDeviceConnected) {
// do stuff here on connecting
oldDeviceConnected = deviceConnected;
}
}</code></pre>

 

在上述代码中的setup()部分，按照以上步骤，进行了对应的服务的创建，标签的创建，以及服务和广播的启动。

另外，还定义了两个回调类，分别是MyServerCallbacks用于处理蓝牙连接状态，MyCallbacks用于处理收到信息时的处理。

 

在loop()循环调用中，则进行了信息发送的处理，以及根据连接情况决定是否启动广播的处理。

 

在Arduino中编译烧录后，串口监听输出如下：

 表示ESP32-C6启动了广播，可以用手机或者电脑连接获取服务了。 

 

此时，用前面的扫描程序，可以扫描到：

  从上图中可以看到，找到了 ESP32-C6 UART Service 了。

 

此时，用BLE工具，可以进行连接，就能够收到对应的信息了：

  

在上面代码的loop()中，有两个设置发送信息的处理：

<pre>
<code class="language-cpp"> pTxCharacteristic->setValue(&txValue, 1);
pTxCharacteristic->notify();

pTxCharacteristic->setValue("\nESP32-C6\n");
pTxCharacteristic->notify();</code></pre>

第一个表示发送数值，大小为1字节；第二个表示发送一个字符串。

 

把BLE工具的接收HEX打开，就可以看到发送的数值信息了：

 

  

 

然后，在BLE工具中，给ESP32-C6发送信息：

  

串口监控就会收到发送的信息了：

  

四、总结

刚开始用BLE功能时，觉得基于GATT的处理过程很麻烦，但是一旦用上了后，会非常的好用，因为已经有很多标准化的处理了，符合标准定义的设备，可以轻松的进行互联和通信。

如果你的设备，按照标准定义来广播Service和通过Characteristic提供对应的实际功能，那么其他符合这个标准的设备，就能够快速连接获取数据或者发送数据。

现在有很多BLE低功耗设备，如心率传感器、手环、温度传感器、光纤传感器等采用，你不用了解它具体的工作细节，仅需要通过BLE扫描发现对应的BLE设备和服务，然后就可以通过标准定义的Characteristic来获取数据了，非常的方便。
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Jacktang 发表于 2024-5-21 07:29

第三部分，BLE UART功能使用

有个图片不显示，

HonestQiao 发表于 2024-5-21 18:51

Jacktang 发表于 2024-5-21 07:29
第三部分，BLE UART功能使用

有个图片不显示，

 

多谢提醒，修改了，再看看

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