代码收藏家技术教程 2023-03-09

BLEESP32 Arduino学习篇：玩转蓝牙BLE

简介：

1.1蓝牙分类

经典蓝牙我们一般说的是BT，低功耗蓝牙我们一般说成BLE。当设备支持蓝牙4.0时，还得进一步确认设备是支持BT单模、BLE单模还是BT和BLE都支持的双模。

低功耗蓝牙 (BLE)：支持蓝牙协议4.0或更高的模块。主打低功耗，多用于物联网类型。

经典蓝牙( BT)：指支持蓝牙协议在4.0以下的模块。主打短距离数据高速传输，多用于蓝牙耳机等。

经典蓝牙可再细分为：传统蓝牙和高速蓝牙。

传统蓝牙： 2004年推出，蓝牙2.0/2.1协议。

高速蓝牙： 2009年推出，蓝牙3.0协议，速率提高到约24Mbps，是传统蓝牙模块的八倍。

双模蓝牙：即兼容BLE和BT，如手机，使用分时机制来达到同时与低功耗蓝牙和经典蓝牙设备通信。

1.2蓝牙技术

蓝牙协议包括两种技术：Basic Rate(BR) 和 Low Energy(LE)。

Basic Rate又包括可选的EDR（Enhanced Data Rate）技术，以及交替使用的（Alternate）的MAC（Media Access Control）层和PHY层扩展（简称AMP）。、

在蓝牙4.0及后面规格中，SIG定义了四种蓝牙技术：BR，EDR，AMP和LE ，由于LE是2010年才提出的，比较新，所以人们把之前的BR/EDR/AMP技术称之为经典蓝牙。

经典蓝牙( BT)：

BR(Basic Rate): 蓝牙基础速率技术。

EDR(Enhanced Data Rate) : 蓝牙增强速率技术。

AMP (Alternate MAC/PHYs): 蓝牙核心系统的次要控制器,可切换的媒体访问控制器（Media Access Controller）和物理层（Physical Layer）。

低功耗蓝牙 (BLE)：

LE(Low Energy): 蓝牙低功耗技术。

注意：

EDR 是在 BR 技术基础上升级，所以两者可以同时使用。但是AMP 技术是使用的802.11（WIFI）规范，所以和原有的技术差异过大，所以BR/EDR和AMP只能二选一进行使用。

LE技术相比BR技术，差异非常大，可以说就是两种不同的技术。经典蓝牙和低功耗蓝牙两者物理层调制解调方式是不一样的，所以低功耗蓝牙设备和经典蓝牙设备两者之间是不能相互通信的。

而我们的esp32自带蓝牙模块可以让我们进行蓝牙连接并进行数据交换

相关API：

一、经典蓝牙BT使用方法

经典蓝牙API

BluetoothSerial SerialBT ：创建一个蓝牙串口，命名为SerialBT

SerialBT.begin() ：开启蓝牙

SerialBT.available() ：返回蓝牙串口缓冲区中当前剩余的字符个数。

SerialBT.print() ：蓝牙串口发送的是字符，

SerialBT.write() ：蓝牙串口发送的字节.

Serial.read() ：返回蓝牙串口接收的字符

程序示例代码：

//This example code is in the Public Domain (or CC0 licensed, at your option.)
//By Evandro Copercini - 2018
//
//This example creates a bridge between Serial and Classical Bluetooth (SPP)
//and also demonstrate that SerialBT have the same functionalities of a normal Serial

#include "BluetoothSerial.h"

#if !defined(CONFIG_BT_ENABLED) || !defined(CONFIG_BLUEDROID_ENABLED)
#error Bluetooth is not enabled! Please run `make menuconfig` to and enable it
#endif

BluetoothSerial SerialBT;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  SerialBT.begin("ESP32test"); //Bluetooth device name
  Serial.println("The device started, now you can pair it with bluetooth!");
}

void loop() {
  if (Serial.available()) {
    SerialBT.write(Serial.read());//将串口收到的数据，再通过蓝牙串口转发出去
    Serial.println("由SerialBT打印");
  }
  if (SerialBT.available()) {//将蓝牙串口收到的数据，再通过串口把信息发回给电脑
    Serial.write(SerialBT.read());
     Serial.println("由Serial打印");
  }
  delay(20);
}

二、低功耗蓝牙BLE使用方法

简介：

BLE GATT协议

GATT全称Generic Attribute Profile, GATT 代表通用属性，它定义了暴露给连接的BLE设备的分层数据结构。这意味着，GATT 定义了两个BLE设备，发送和接收标准通讯的方式。了解此层次结构很重要，因为这样可以，更轻松地了解如何使用BLE和编写应用程序。

下图为BLE的基本结构，需要记清楚

UUID：ble的服务和characteristic是通过UUID来进行识别的。创建uuid可以使用这么一个网站：

Online UUID Generator Tool

notify：如果这个主机的一个特征值characteristic发生改变，就可以通过notify来告诉我们

创建 BLE 服务器代码流程：

1，创建一个BLE服务器。在这种情况下，ESP32充当BLE服务器。

2，创建BLE服务。

3，在服务上创建BLE特性。

4，在特征上创建一个BLE描述符。

5，启动服务。

6，开始广播，以便其他设备可以找到它。

低功耗蓝牙API：

创建一个BLE设备

    BLEDevice::init(ble_name);

创建一个BLE服务

    pServer = BLEDevice::createServer();
    pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks()); //设置回调
    BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);

创建一个BLE特征

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()); //设置回调

这里创建了一个特征值，类型是通知。

在后面使用createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_RX, BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE)将rx收集到的信息写入，通过MyCallbacks再打印出来

为了实现"串口",我们在这个服务下添加了两个特征值, 一个是TX. 一个是RX.另外还需注意三个uuid因该是相对应的值。

开始服务和广播

    pService->start();                  // 开始服务
    pServer->getAdvertising()->start(); // 开始广播
    Serial.println(" 等待一个客户端连接，且发送通知... ");

代码示例

/*
    Video: https://www.youtube.com/watch?v=oCMOYS71NIU
    Based on Neil Kolban example for IDF: https://github.com/nkolban/esp32-snippets/blob/master/cpp_utils/tests/BLE%20Tests/SampleNotify.cpp
    Ported to Arduino ESP32 by Evandro Copercini

   Create a BLE server that, once we receive a connection, will send periodic notifications.
   创建一个BLE服务器，一旦我们收到连接，将会周期性发送通知

   T使用步骤：
   1. 创建一个 BLE Server
   2. 创建一个 BLE Service
   3. 创建一个 BLE Characteristic
   4. 创建一个 BLE Descriptor
   5. 开始服务
   6. 开始广播


*/
#include <Arduino.h>
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEServer.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLE2902.h>
#include "common.h"

uint8_t txValue = 0;                         //后面需要发送的值
BLEServer *pServer = NULL;                   //BLEServer指针 pServer
BLECharacteristic *pTxCharacteristic = NULL; //BLECharacteristic指针 pTxCharacteristic
bool deviceConnected = false;                //本次连接状态
bool oldDeviceConnected = false;             //上次连接状态d
// See the following for generating UUIDs: https://www.uuidgenerator.net/
#define SERVICE_UUID "12a59900-17cc-11ec-9621-0242ac130002" // UART service UUID
#define CHARACTERISTIC_UUID_RX "12a59e0a-17cc-11ec-9621-0242ac130002"
#define CHARACTERISTIC_UUID_TX "12a5a148-17cc-11ec-9621-0242ac130002"

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

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

class MyCallbacks : public BLECharacteristicCallbacks
{
    void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic)
    {
        std::string rxValue = pCharacteristic->getValue(); //接收信息

        if (rxValue.length() > 0)
        { //向串口输出收到的值
            Serial.print("RX: ");
            for (int i = 0; i < rxValue.length(); i++)
                Serial.print(rxValue[i]);
            Serial.println();
        }
    }
};

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

    // 创建一个 BLE 设备
    BLEDevice::init("BAKUMAN");//在这里面是ble的名称

    // 创建一个 BLE 服务
    pServer = BLEDevice::createServer();
    pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks()); //设置回调
    BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);

    // 创建一个 BLE 特征
    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()); //设置回调

    pService->start();                  // 开始服务
    pServer->getAdvertising()->start(); // 开始广播
    Serial.println(" 等待一个客户端连接，且发送通知... ");
}

void loop()
{
    // deviceConnected 已连接
    if (deviceConnected)
    {
        pTxCharacteristic->setValue(&txValue, 1); // 设置要发送的值为1
        pTxCharacteristic->notify();              // 广播
        txValue++;                                // 指针数值自加1
        delay(2000);                              // 如果有太多包要发送，蓝牙会堵塞
    }

    // disconnecting  断开连接
    if (!deviceConnected && oldDeviceConnected)
    {
        delay(500);                  // 留时间给蓝牙缓冲
        pServer->startAdvertising(); // 重新广播
        Serial.println(" 开始广播 ");
        oldDeviceConnected = deviceConnected;
    }

    // connecting  正在连接
    if (deviceConnected && !oldDeviceConnected)
    {
        // do stuff here on connecting
        oldDeviceConnected = deviceConnected;
    }
}

在loop函数中我们的蓝牙连接会对应三种状态：

这里讲解一下当设备连接时的情况：

if (deviceConnected){
        pTxCharacteristic->setValue(&txValue, 1); // 设置要发送的值为1
        pTxCharacteristic->notify();              // 广播
        txValue++;                                // 指针数值自加1
        delay(2000);                              // 如果有太多包要发送，蓝牙会堵塞
    }

这里面测试的是不停发送数据，每发一次数值加一。此时：

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

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

通过这个回调可以说清楚这个蓝牙到底有没有连接，如果连接了通过

pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks());

这个MyServerCallbacks回调就可以返回连接状态。

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