《ESP32-S3使用指南—MicroPython版 V1.0》第三十六章 BLE实验

正点原子 · 发表于 2024-9-2 10:56:10

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第三十六章 BLE实验

   前面作者也讲解到，ESP32-S3是一款专为物联网应用设计的芯片，支持Wi-Fi和蓝牙功能，应用领域贯穿移动设备、可穿戴电子设备、智能家居等。本章，作者使用MicroPython提供的BLE特定库驱动ESP32-S3内部的蓝牙设备，并实现控制板载的LED灯及接收ESP32-S3设备发送的数据。
   36.1 BLE特定库
   36.2 硬件设计
   36.3 软件设计
   36.4 下载验证

   36.1 BLE特定库

   16.1.1 BLE特定库简介
   MicroPython的bluetooth模块是一种在MicroPython环境中用于处理蓝牙连接和通信的模块。它提供了在MicroPython设备之间，以及MicroPython设备与其他蓝牙设备之间进行无线通信的功能。通过使用bluetooth模块，MicroPython用户可以搜索附近的蓝牙设备、建立与这些设备的连接、发送和接收数据，以及进行其他相关的蓝牙通信操作。该模块支持蓝牙低功耗协议（BLE），也支持经典蓝牙协议。
   在MicroPython中使用bluetooth模块，需要正确配置和设置相应的硬件和软件。具体来说，需要确保MicroPython设备支持蓝牙功能，并且已经正确连接到蓝牙模块或适配器。此外，用户还需要了解如何使用bluetooth模块提供的函数和方法来进行具体的蓝牙通信操作。

   36.1.2 BLE特定库的构造与方法

   一、BLE库构造方法
   BLE蓝牙的构造对象方法如下：

class bluetooth.BLE()
使用示例：ble = bluetooth.BLE()

复制代码

   返回值：BLE蓝牙对象。

   二、BLE库的方法

   ①：激活或停用蓝牙，返回当前状态。
   其方法原型如下：

ble.active([is_active])

复制代码

该函数的参数描述，如下表所示。

表36.1.2.1 ble.active方法参数描述

②：配置蓝牙参数。
其方法原型如下：

ble.config('gap_name', /)

复制代码

该方法的参数描述，如下表所示。

表36.1.2.2 ble.config方法参数描述

③：设置蓝牙中断。
其方法原型如下：

ble.irq(handler, /)

复制代码

该函数的参数描述，如下表所示。

表36.1.2.3 ble.irq方法参数描述

④：接收蓝牙数据。
其方法原型如下：

ble.gatts_read(value_handle, /)

复制代码

该方法的参数描述，如下表所示。

表36.1.2.3 ble.atts_read方法参数描述

⑤：发送蓝牙数据。
其方法原型如下：

ble.gatts_notify(conn_handle, value_handle, data=None, /)

复制代码

该方法的参数描述，如下表所示。

表36.1.2.4 ble.gatts_notify方法参数描述

⑥：注册蓝牙服务器。
其方法原型如下：

ble.gatts_register_services(services_definition, /)

复制代码

该方法的参数描述，如下表所示。

表36.1.2.5 ble.gatts_register_services方法参数描述

⑦：允许设备向周围的其他BLE设备发送广播信号，以便它们可以发现并连接到该设备。
其方法原型如下：

ble.gap_advertise(interval_us, adv_data=None, *)

复制代码

该方法的参数描述，如下表所示。

表36.1.2.6 ble.gap_advertise方法参数描述

   以上是MicroPython bluetooth模块常用的方法（函数），其他BLE函数可参看MicroPython官方在线文档。

   36.2 硬件设计

   1. 例程功能
   本章实验功能简介：通过BLUE调试APP来控制LED，当接收“LED ON”命令时，系统打开LED；当接收“LED_OFF”命令时，系统关闭LED。

   2. 硬件资源

   1）ESP32-S3内部蓝牙

   3. 原理图
   本章实验使用的BLE为ESP32-S3的片上资源，因此并没有相应的连接原理图。

   36.3 软件设计

   36.3.1 程序流程图
   程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图。

图36.3.1.1 程序流程图

36.3.2 程序解析
本书籍的代码都在main.py脚本下编写的，读者可在光盘资料下找到对应的源码。BLE实验main.py源码如下：

from machine import Pin,Timer
import time
import bluetooth
# 定义全局变量
BLE_MESSAGE = ""
"""
* @brief 蓝牙类
* @param 无
* @retval 无
"""
class ESP32S3_BLE():
def __init__(self, name):
# 获取定时器0句柄
self.timer1 = Timer(0)
self.name = name
# 初始化蓝牙
self.ble = bluetooth.BLE()
# 开启蓝牙
self.ble.active(True)
# 设置蓝牙名称
self.ble.config(gap_name=name)
# 配置定时器0且开启定时器
self.disconnected()
# 配置蓝牙回调函数
self.ble.irq(self.ble_irq)
# 注册蓝牙
self.register()
self.advertiser()
# 蓝牙连接时，点亮LED且关闭定时器0
def connected(self):
led.value(1)
self.timer1.deinit()
# 蓝牙断开时，闪烁LED
def disconnected(self):
self.timer1.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC,
callback=lambda t: led.value(not led.value()))
# 蓝牙回调函数
def ble_irq(self, event, data):
global BLE_MESSAGE
# _IRQ_CENTRAL_CONNECT 蓝牙终端链接了此设备
if event == 1:
self.connected()
# _IRQ_CENTRAL_DISCONNECT 蓝牙终端断开此设备
elif event == 2:
self.advertiser()
self.disconnected()
# _IRQ_GATTS_WRITE 蓝牙终端向ESP32-S3发送数据，接收数据处理
elif event == 3:
buffer = self.ble.gatts_read(self.rx)
BLE_MESSAGE = buffer.decode('UTF-8').strip()
def register(self):
service_uuid = '6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'
reader_uuid = '6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'
sender_uuid = '6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'
services = (
(
bluetooth.UUID(service_uuid),
(
(bluetooth.UUID(sender_uuid), bluetooth.FLAG_NOTIFY),
(bluetooth.UUID(reader_uuid), bluetooth.FLAG_WRITE),
)
),
)
((self.tx, self.rx,), ) = self.ble.gatts_register_services(services)
# 向蓝牙APP发送数据
def send(self, data):
self.ble.gatts_notify(1, self.tx, data + '\n')
def advertiser(self):
name = bytes(self.name, 'UTF-8')
adv_data = bytearray('\x02\x01\x02', 'UTF-8') + bytearray((len(name)
+ 1, 0x09), 'UTF-8') + name
self.ble.gap_advertise(100, adv_data)
"""
* @brief 程序入口
* @param 无
* @retval 无
"""
if __name__ == "__main__":
led = Pin(1, Pin.OUT,value = 1)
# 创建蓝牙对象且设置蓝牙名称
ble = ESP32S3_BLE("ESP32-S3 BLE")
while True:
# 打开LED
if BLE_MESSAGE == 'LED ON':
led.value(0)
print('LED is ON.')
ble.send('LED is ON.')
BLE_MESSAGE = ""
# 关闭LED
elif BLE_MESSAGE == 'LED OFF':
led.value(1)
print('LED is OFF.')
ble.send('LED is OFF.')
BLE_MESSAGE = ""
time.sleep_ms(100)

复制代码

   在上述源码中，作者创建了一个名为“ESP32-S3 BLE”的蓝牙对象。通过调用该对象内部的方法，作者成功地构建了一个蓝牙服务器，并向周围的设备发送了广播信号。当某个APP或其他蓝牙设备与ESP32-S3的蓝牙连接成功建立时，系统会进入等待状态，直到APP发送“LED ON”或“LED OFF”命令。一旦接收到这些命令，系统会相应地控制LCD的亮灭，并向APP发送确认消息。

   36.4 下载验证
   程序下载至开发板之后，我们可在手机蓝牙管理找到ESP32-S3 BLE，如下图所示。