MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙

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1、Wi-Fi （无线上网）
Wi-Fi（发音： /ˈwaɪfaɪ/，法语发音：/wifi/），在中文里又称作“行动热点”，是Wi-Fi联盟制造商的商标做为产品的品牌认证，是一个创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。基于两套系统的密切相关，也常有人把Wi-Fi当做IEEE 802.11标准的同义术语。“Wi-Fi”常被写成“WiFi”或“Wifi”，但是它们并没有被Wi-Fi联盟认可。并不是每样匹配IEEE 802.11的产品都申请Wi-Fi联盟的认证，相对地缺少Wi-Fi认证的产品并不一定意味着不兼容Wi-Fi设备。IEEE 802.11的设备已安装在市面上的许多产品，如：个人计算机、游戏机、MP3播放器、智能手机、平板电脑、打印机、笔记本电脑以及其他可以无线上网的周边设备。Wi-Fi联盟成立于1999年，当时的名称叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance（WECA）。在2002年10月，正式改名为Wi-Fi Alliance。

WiFi 主要功能
无线网络上网可以简单的理解为无线上网，几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持Wi-Fi上网，是当今使用最广的一种无线网络传输技术。实际上就是把有线网络信号转换成无线信号，就如在开头为大家介绍的一样，使用无线路由器供支持其技术的相关电脑，手机，平板等接收。手机如果有Wi-Fi功能的话，在有Wi-Fi无线信号的时候就可以不通过移动联通的网络上网，省掉了流量费。无线网络无线上网在大城市比较常用，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。Wi-Fi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，并且由于发射信号功率低于100mw，低于手机发射功率，所以Wi-Fi上网相对也是最安全健康的。但是Wi-Fi信号也是由有线网提供的，比如家里的ADSL，小区宽带等，只要接一个无线路由器，就可以把有线信号转换成Wi-Fi信号。国外很多发达国家城市里到处覆盖着由政府或大公司提供的Wi-Fi信号供居民使用，我国也有许多地方实施”无线城市“工程使这项技术得到推广。在4G牌照没有发放的试点城市，许多地方使用4G转Wi-Fi让市民试用。

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2、网络基础
MicroPython network 模块用于配置WiFi连接。有两个WiFi接口，STA模式即工作站模式（ESP32连接到路由器）， AP模式提供接入服务（其他设备连接到ESP32）。

STA模式
掌控板以基于network模块封装 mpython.wifi() 类简化wifi连接设置:

from mpython import * #导入mpython模块
mywifi=wifi() #实例化wifi类
mywifi.connectWiFi("ssid","password") # WiFi连接，设置ssid 和password

注解
实例化wifi()后，会构建 sta 和 ap 两个对象。 sta 对象为工作站模式，通过路由器连接至网络。ap 为AP模式，提供wifi接入。

连接成功后Repl串口如下打印:
Connecting to network...
Connecting to network...
WiFi Connection Successful,Network Config:('192.168.0.2', '255.255.255.0', '192.168.0.1', '192.168.0.1')

断开WiFi连接:
mywifi.disconnectWiFi()

查询wifi连接是否已建立:
mywifi.sta.isconnected()

注解
如已建立连接，返回 True ,否则 False 。

您可以通过以下方式查看网络设置:
mywifi.sta.ifconfig()

注解
返回值4元组: (IP address, netmask, gateway, DNS)

ifconfig() 带参数时，配置静态IP。例如:
mywifi.sta.ifconfig(('192.168.0.4', '255.255.255.0', '192.168.0.1', '192.168.0.1'))

AP模式
除STA模式连接路由器wifi,掌控板还可以使用AP模式,提供wifi接入服务。

from mpython import wifi # 导入mpython模块的wifi类
mywifi=wifi() # 实例wifi
mywifi.enable_APWiFi(essid = "mpython-wifi", password = "mpython123456") # 配置并打开AP模式

wifi.enable_APWiFi(essid,password) 用于配置并开启AP模式函数, essid 参数为wifi名称, password 参数为wifi密码设置。AP模式开启后,其他掌控板或网络设备就能连接该网络,进行网络通信。

注意
AP模式并不是类似手机的热点功能,设备可以通过热点连接至互联网。这点需要注意。

一旦设置了WiFi，访问网络的方式就是使用套接字。套接字表示网络设备上的端点，当两个套接字连接在一起时，可以继续进行通信。 Internet协议构建在套接字之上，例如电子邮件（SMTP），Web（HTTP），telnet，ssh等等。为这些协议中的每一个分配一个特定的端口，它只是一个整数。给定IP地址和端口号，您可以连接到远程设备并开始与之通信。

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3、掌控板的wifi 函数
提供便捷的 wifi 连接网络方式或热点 wifi 功能

wifi.connectWiFi()
描述：连接 wifi 网络，连接掌控板开启的热点则无需密码

参数：
ssid - WiFi网络名称
password - WiFi密码

wifi.sta.ifconfig()[n]
描述： wifi 连接成功后,获取wifi配置信息，含 IP、netmask、getway、DNS，n为0、1、2、3

wifi.disconnectWiFi()
描述：断开wifi网络连接

wifi.enable_APWiFi(essid,channel)
描述：开启无线AP功能，用于掌控板之间的相互通信

参数：
essid - 创建WiFi网络名称
channel -设置wifi使用信道，channel 1~13

wifi.disable_APWiFi()
描述：关闭无线AP

ntptime.settime(timezone, server)
描述：将掌控板的时间与网络时间同步

参数：
timezone - 时区时间差,默认为东八区,补偿8小时
server - 可自行指定授时服务器,server为字符串类型,默认授时服务器为”ntp.ntsc.ac.cn”

appserver.start()
描述： TinyWebIO服务后台运行，该服务为App Inventor应用提供远程控制接口的掌控板工具包

appserver.start_foreground()
描述： TinyWebIO服务前台运行

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4、掌控板的ubluetooth --- 低功耗蓝牙

该模块提供低功耗蓝牙控制接口。当前，它在中央，外围设备，广播和观察者角色中支持蓝牙低功耗（BLE），并且设备可以同时在多个角色中运行。此模块旨在与低功耗蓝牙协议相匹配，并为更高级的抽象(如特定的设备类型)提供构建模块。

注解
该模块仍在开发中，其类，功能，方法和常量可能会发生变化。

BLE 类
构建
class ubluetooth.BLE
返回 BLE 对象

配置
BLE.active([active])
（可选）更改BLE无线电的活动状态，并返回当前状态。
在使用此类的任何其他方法之前，必须使无线电处于活动状态。

BLE.config('param')
BLE.config(param=value, ...)
获取或设置BLE接口的配置值。为了获得一个值，参数名称应该用字符串引号，并且一次只查询一个参数。要设置值，请使用关键字语法，一次可以设置一个或多个参数。

当前支持的值为:

'mac': 返回设备的MAC地址。如果设备具有固定地址（例如PYBD），则将其返回。否则（例如ESP32），当BLE接口处于活动状态时，将生成一个随机地址。
'rxbuf': 设置用于存储传入事件的内部缓冲区的大小（以字节为单位）。该缓冲区是整个BLE驱动程序的全局缓冲区，因此可以处理所有事件（包括所有特征）的传入数据。增加此值可以更好地处理突发的传入数据（例如，扫描结果），并可以使中央设备接收较大的特征值。

事件处理

BLE.irq(handler, trigger=0xffff)
为BLE堆栈中的事件注册回调。handler接收两个参数，event （看下文的事件代码）和 data （其是值的特定事件元组）。

可选的 trigger 参数允许您设置程序感兴趣的事件的掩码。默认值为所有事件。

注: addr, adv_data 和 uuid 元组中的项是引用的数据管理 ubluetooth 模块(即相同的实例将被重新使用多次调用到事件处理程序)。如果您的程序想在处理程序之外使用此数据，则它必须首先复制它们，例如使用 bytes(addr) or bluetooth.UUID(uuid) 。

广播者(Advertiser)

BLE.gap_advertise(interval_us, adv_data=None, resp_data=None, connectable=True)
以指定的时间间隔（以微秒为单位）开始广播。该间隔将四舍五入到最接近的625微妙。要停止广播，请将 interval_us 设置为None。

adv_data 和 resp_data 可以是任何 buffer 类型 (例如 bytes, bytearray, str)。 adv_data 包含在所有广播中，并发送 resp_data 以应答有效的扫描。

注意：如果 adv_data （或 resp_data ）为None，则将重用传递到上一个调用的数据 gap_advertise 。这样一来，广播者就可以使用来恢复广播 gap_advertise(interval_us) 。为了清除广播负载，传递一个空的bytes，即b''。

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观察者 (Scanner)

BLE.gap_scan(duration_ms[, interval_us][, window_us])
运行持续指定时间（以毫秒为单位）的扫描操作。

要无限期扫描，请将 duration_ms 设置为 0 。要停止扫描，请将 duration_ms 设置为 None 。

使用 interval_us 和 window_us 可以选择配置占空比。扫描器将每间隔一微秒运行一次 window_us 微秒，总计持续时间为毫秒。默认间隔和窗口分别为1.28秒和11.25毫秒。

对于每个扫描结果，_IRQ_SCAN_RESULT 将引发该事件。

停止扫描（由于持续时间结束或明确停止）时，_IRQ_SCAN_COMPLETE 将引发该事件。

外围设备 (GATT Server)

BLE外围设备具有一组注册服务。每个服务可能包含特性，每个特性都有一个值。特征也可以包含描述符，描述符本身具有值。

这些值存储在本地，并通过在服务注册过程中生成的“值柄”进行访问。它们也可以被远程的中央设备读取或写入。此外，外围设备可以通过连接句柄将特征“通知”到已连接的中央设备。

特征和描述符的默认最大为20个字节。任何由中央设备写给它们的都会被截短到这个长度。但是，任何本地写操作都会增加最大大小, 所以，如果你写想更长的数据，请注册后使用 gatts_write 。例如, gatts_write(char_handle, bytes(100))

BLE.gatts_register_services(services_definition)
使用指定的服务配置外围设备，替换所有现有服务。

services_definition 是一个服务的列表，其中每个服务都是一个包含UUID和特征列表的二元元组。

每个特征都是一个包含 UUID，flags 值以及一个可选的描述符列表的2或3元素元组。

每个描述符是一个包含UUID和一个flags值的二元元组。

flags是一个按位或组合的 ubluetooth.FLAG_READ，ubluetooth.FLAG_WRITE 和 ubluetooth.FLAG_NOTIFY 。如下文所定义的值:

返回值是元组的列表（每个服务一个元素）（每个元素是一个值句柄）。特征和描述符句柄按照定义的顺序被展平到相同的元组中。

以下示例注册了两个服务 (Heart Rate, and Nordic UART):

HR_UUID = bluetooth.UUID(0x180D)
HR_CHAR = (bluetooth.UUID(0x2A37), bluetooth.FLAG_READ | bluetooth.FLAG_NOTIFY,)
HR_SERVICE = (HR_UUID, (HR_CHAR,),)
UART_UUID = bluetooth.UUID('6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E')
UART_TX = (bluetooth.UUID('6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'), bluetooth.FLAG_READ | bluetooth.FLAG_NOTIFY,)
UART_RX = (bluetooth.UUID('6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'), bluetooth.FLAG_WRITE,)
UART_SERVICE = (UART_UUID, (UART_TX, UART_RX,),)
SERVICES = (HR_SERVICE, UART_SERVICE,)
( (hr,), (tx, rx,), ) = bt.gatts_register_services(SERVICES)
这三个值柄(hr, tx, rx)可与使用 gatts_read, gatts_write, 和 gatts_notify 。

注意：注册服务之前，必须停止广告。

BLE.gatts_read(value_handle)
读取本地的值柄 (该值由 gatts_write 或远程的中央设备写入)。

BLE.gatts_write(value_handle, data)
写入本地的值柄，该值可由中央设备读取。

BLE.gatts_notify(conn_handle, value_handle[, data])
通知连接的中央设备此值已更改，并且应发出此外围设备的当前值的读取值。

如果指定了数据，则将该值作为通知的一部分发送到中央设备，从而避免了需要单独的读取请求的情况。请注意，这不会更新存储的本地值。

BLE.gatts_set_buffer(value_handle, len, append=False)
设置内部缓冲区大小（以字节为单位）。这将限制可以接收的最大值。默认值为20。将 append 设置为 True 会将所有远程写入追加到当前值，而不是替换当前值。这样最多可以缓冲len个字节。使用时 gatts_read ，将在读取后清除该值。这个功能在实现某些东西时很有用,比如Nordic UART服务。

中央设备 (GATT Client)

BLE.gap_connect(addr_type, addr, scan_duration_ms=2000)
连接到外围设备。成功,将触发 _IRQ_PERIPHERAL_CONNECT 事件。

BLE.gap_disconnect(conn_handle)
断开指定的连接句柄。成功,将触发 _IRQ_PERIPHERAL_DISCONNECT 事件。如果未连接连接句柄，返回 False ,否则返回 True 。

BLE.gattc_discover_services(conn_handle)
查询已连接的外围设备的服务。

对于发现的每个服务, 会触发 _IRQ_GATTC_SERVICE_RESULT 事件。

BLE.gattc_discover_characteristics(conn_handle, start_handle, end_handle)
在已连接的外围设备上查询指定范围内的特征。每次特征发现,会触发 _IRQ_GATTC_CHARACTERISTIC_RESULT 事件。

BLE.gattc_discover_descriptors(conn_handle, start_handle, end_handle)
在连接的外围设备中查询指定范围内的描述符。

每次特征发现,会触发 _IRQ_GATTC_DESCRIPTOR_RESULT 事件。

BLE.gattc_read(conn_handle, value_handle)
向连接的外围设备发出远程读取，以获取指定的特性或描述符句柄。

如果成功,会触发 _IRQ_GATTC_READ_RESULT 事件

BLE.gattc_write(conn_handle, value_handle, data, mode=0)
针对指定的特征或描述符句柄向连接的外围设备发出远程写操作。

mode
mode=0 （默认）是无响应写操作：写操作将发送到远程外围设备，但不会返回确认信息，也不会引发任何事件。
mode=1 i是响应写入：请求远程外围设备发送其已接收到数据的响应/确认。
如果从远程外围设备收到响应，_IRQ_GATTC_WRITE_STATUS 事件将触发。

UUID 类
构建
class ubluetooth.UUID(value)
用指定的值创建一个UUID实例。
该值可以是：
一个16位整数。例如 0x2908.
128位UUID字符串。例如 '6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'.

常量
ubluetooth.FLAG_READ
ubluetooth.FLAG_WRITE
ubluetooth.FLAG_NOTIFY

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5、连接WiFi 显示配置信息

#MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙
#连接WiFi 显示配置信息

#MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙
#连接WiFi 显示配置信息

from mpython import *

import network

my_wifi = wifi()

my_wifi.connectWiFi('zh', 'zy1567')

import time
while True:
    oled.fill(0)
    oled.DispChar(my_wifi.sta.ifconfig()[0], 0, 11, 1)
    oled.DispChar(my_wifi.sta.ifconfig()[1], 0, 24, 1)
    oled.DispChar(my_wifi.sta.ifconfig()[2], 0, 37, 1)
    oled.DispChar(my_wifi.sta.ifconfig()[3], 0, 50, 1)
    oled.show()
    time.sleep_ms(1000)

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mPython 图形编程

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本帖最后由 eagler8 于 2020-5-6 08:51 编辑

6、连接WiFi 点亮三颗绿色RGB

#MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙
#连接WiFi 点亮三颗绿色RGB

#MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙
#连接WiFi 点亮三颗绿色RGB

from mpython import *

import time

import network

my_wifi = wifi()

my_wifi.connectWiFi('zh', 'zy1567')
rgb.fill( (0, 0, 0) )
rgb.write()
time.sleep_ms(1)
while True:
    if my_wifi.sta.isconnected():
        oled.fill(0)
        oled.DispChar('已连接WiFi', 33, 22, 1)
        oled.show()
        rgb.fill((int(0), int(51), int(0)))
        rgb.write()
        time.sleep_ms(1)

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mPython 图形编程

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7、开启AP模式设置热点mPython

#MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙
#开启AP模式设置热点mPython（热点端）

#MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙
#开启AP模式设置热点mPython（热点端）

from mpython import *
import network
import time

my_wifi = wifi()


my_wifi.enable_APWiFi("mPython", "", channel=11)
rgb.fill( (0, 0, 0) )
rgb.write()
time.sleep_ms(1)
while True:
    oled.fill(0)
    oled.DispChar("热点mPython打开", 15, 22, 1)
    oled.show()
    rgb[1] = (int(0), int(102), int(0))
    rgb.write()
    time.sleep_ms(1)

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#MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙
#开启AP模式设置热点mPython（接收端）

#MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙
#开启AP模式设置热点mPython（接收端）

from mpython import *

import time

import network

my_wifi = wifi()

my_wifi.connectWiFi('mPython', '')
rgb.fill( (0, 0, 0) )
rgb.write()
time.sleep_ms(1)
while True:
    if my_wifi.sta.isconnected():
        oled.fill(0)
        oled.DispChar('已连接热点', 33, 22, 1)
        oled.show()
        rgb.fill((int(0), int(0), int(102)))
        rgb.write()
        time.sleep_ms(1)

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mPython X 图形编程（热点端）

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mPython 图形编程（接收端）

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打开手机——设置——无线和网路——WLAN，查看热点

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8、互联网授时的模拟时钟

#MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙
#互联网授时的模拟时钟

#MicroPython动手做（23）——掌控板之WiFi与蓝牙
#互联网授时的模拟时钟

from mpython import *

import time

import network

my_wifi = wifi()

my_wifi.connectWiFi('zh', 'zy1567')

import ntptime

from machine import Timer

def timer1_tick(_):
    eagler8.settime()
    eagler8.drawClock()
    oled.show()
    eagler8.clear()

tim1 = Timer(1)

eagler8 = Clock(oled, 64, 32, 30)
rgb.fill( (0, 0, 0) )
rgb.write()
time.sleep_ms(1)
ntptime.settime(8, "time.windows.com")
tim1.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=timer1_tick)
while True:
    rgb.fill((int(0), int(51), int(0)))
    rgb.write()
    time.sleep_ms(1)
    time.sleep(1)
    rgb.fill((int(0), int(0), int(0)))
    rgb.write()
    time.sleep_ms(1)
    time.sleep(1)

模拟时钟——UI类指令，提供模拟钟表显示功能

class UI.Clock(x, y, radius)
描述：构建对象

参数：
x、y - 左上角作为起点坐标
radius - 钟表半径

UI.settime()
描述：获取本地时间并设置模拟钟表时间

UI.drawClock()
描述：绘制钟表

UI.clear()
描述：清除钟表

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mPython 图形编程

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