ESP32的BLE使用学习_esp32 ble

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0.前言

什么是低功耗蓝牙？

BLE之所以被称为低功耗蓝牙，就是需要通讯的时候才握手，数据传输完成后，就断开连接。在通讯过程中，主动方是客户端，由客户端发起连接请求、收发数据、断开连接等操作；服务器是被动的一方，随时做好了被连接的准备，并对连接请求作出相应。

如果需要不断发送控制和接收数据的指令，则在控制端APP中设计中，需要加入定时器。

BLE低功耗蓝牙，主要应用于少量数据的短距离传输（低带宽）。与经典蓝牙不同，BLE只在传输数据时建立连接，空闲时进入睡眠模式来节能。这使得它消耗非常低的功率，BLE的功耗比经典蓝牙低约100倍（取决于实际使用）。BLE不仅支持点对点通信，还支持广播模式和网状网络。

BLE适用场景：短距离、偶尔发送少量数据，长时间靠电池供电，比如健康手环、追踪标签、物联网传感器等。

1. 点对点通信：客户端扫描附近的设备，当搜索到服务器时，建立连接并监听传入的数据
2. 广播模式：服务器向连接的多个客户端进行数据传输，服务器notify
3. 网状网络： 所有设备都已连接，多对多连接

BLE和经典蓝牙的对比：

1.BLE服务器和客户端

BLE蓝牙有两种类型的设备：服务器和客户端，ESP32既可以作为客户端，也可以作为服务器(例如ESP32开发板与BLE手柄间的数据通信)。

服务器：可以被其他设备（客户端）搜索，进行读取数据。

2.GATT协议

GATT （Generic Attribute Profile）通用属性配置文件，它定义了向连接的BLE设备公开的分层数据结构。这意味着GATT定义了两个BLE设备发送和接收标准信息的方式。

•  profile：服务器集合，针对特定用例的标准服务集合
• service：服务器UUID，只有一个，收集相关信息，如传感器读数、电池电量
• Characteristic：特征量（每个特征量都有一个分配的专属UUID），它是实际数据保存在层次结构上的位置
• properties：描述如何与特征值交互，notify。例如：读、写、通知、广播、指示等
• value：特征值
• descriptor：描述符

在示例中，创建一个具有两个特征的服务，温度和湿度。温度和湿度数据保存在其特征值上，每个特征都有notify属性，以便在值变化时通知客户端。

3.UUID

每个服务、特征和描述符都有一个UUID(通用唯一标识符)，UUID用于唯一标识信息，它可以识别蓝牙设备提供的特定服务。

UUID是唯一的128位（16字节）数字，例如：

0340fde2-67b2-11ed-9022-0242ac120002

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 4.BLE程序

所需库文件

#include <BLEDevice.h>
#include <BLEServer.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLE2902.h>

程序说明

（1）定义service和characteristic UUID：

// See the following for generating UUIDs: https://www.uuidgenerator.net/
#define SERVICE_UUID "06CDF89C-005D-4899-998B-6C7E8F48AEF5" // UART service UUID
#define CHARACTERISTIC_UUID_RX "4b88ba09-d579-4823-ba39-3b01cd0d2481"
#define CHARACTERISTIC_UUID_TX "21136456-0ef8-4044-9b6a-47f2fde41b5b"

（2）创建BLE设备：

BLEDevice::init("ESP32 UART Test"); // Give it a name

（3）创建一个BLE服务：

示例1：创建BLE服务器代码流程

1. 创建一个BLE Sever（BLE 服务器），在这种情况下，ESP32充当BLE服务器
2. 创建一个BLE Service（BLE 服务）

3. 创建一个BLE Characteristic，在服务上创建BLE特征

4. 创建一个BLE Descriptor，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

uint8_t txValue = 0;                         // 要发送的值，先不用管
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

  pServer = BLEDevice::createServer(); // 创建BLE服务（只有一个）
  pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks()); //设置回调
  BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID); // 服务UUID

示例2：(8条消息) 轻松易懂arduino低功耗BLE蓝牙通信_DLGG创客DIY的博客-CSDN博客

①使用ESP32创建BLE Server 

1. 创建BLE Server
2. 给这个BLE Server添加一个Service，传入头部设置的Service UUID
3. 再为这个Service创建Characteristic，这里除了传入UUID，还要声明这个Characteristic的读写属性。
4. 然后给Characteristic赋个初始值，这个值可以被客户端读取然后改写。
5. 最后，开启这个Service，然后开始广播，这样这个Server就可以被BLE的客户端扫描到。

  BLEDevice::init("MyESP32");
  BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();
  BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);
  BLECharacteristic *pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
                                         CHARACTERISTIC_UUID,
                                         BLECharacteristic::PROPERTY_READ |
                                         BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE
                                       );

 Characteristic赋个初始值:

pCharacteristic->setValue("Hello World says Neil");
 

 开启这个Service，然后开始广播:

BLEAdvertising *pAdvertising = pServer->getAdvertising();
pAdvertising->start();

 ②BLE Client端

  BLE Server创建完成后，需要Client端来连接Server，并读写数据。在BLE应用中，Client端往往是手机，当然也可以是其他单片机。

（4）创建一个BLE特征：

  // 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

（5）设置回调函数：

// 回调函数，让连接状态发送改变，重点！
class MyServerCallbacks : public BLEServerCallbacks
{
  void onConnect(BLEServer *pServer) // 开始连接
  {
    deviceConnected = true; // 连接成功
  };
 
  void onDisconnect(BLEServer *pServer) // 断开连接
  {
    deviceConnected = false; // 设备连接错误
  }
};

（6）启动广播：

pService->start();                  // 开始服务
  pServer->getAdvertising()->start(); // 开始广播，开启广播时，功耗很大，BLE连接成功后，可以关闭广播，功耗会下降
  Serial.println(" Waiting a client connection to notify...");

(7)断开连接和正在连接，写在loop中

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++;                                // 数值加1，然后取地址
    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;
  }
}

重要参考程序：

(8条消息) ESP32经典蓝牙和BLE的使用 (基于Arduino)_月烨洵纾鄞.的博客-CSDN博客_esp32蓝牙arduino

5.APP Inventor

注意事项：

        单片机发送数据到手机：如果一直执行数据接收，数据一定会乱套，手机app可以通过定时器在间隔指定时间执行指定函数。

        切换界面，蓝牙依旧保持连接。

在打开蓝牙扫描后，完成扫描后记得停止扫描，不然会一直扫描占用系统资源

连接蓝牙设备：连接蓝牙设备需要蓝牙设备的地址，蓝牙设备的地址则以字符串的形式保存在下拉框中。扫描得到的信息：蓝牙地址、设备名称、信号强度，地址的字符串长度为17.

接收和发送数据需要服务UUID和特征UUID。服务UUID只有一个，特征UUID可以有多个

APP设计参考：

(5条消息) ESP32S蓝牙04_tongyue的博客-CSDN博客

(5条消息) Appinventor——蓝牙app(蓝牙遥控器、串口助手、温湿度显示、切换界面蓝牙依旧保持连接)_霄耀在努力的博客-CSDN博客

(5条消息) APP Invertor 制作BLE蓝牙APP 控制esp32蓝牙小车_青烨慕容的博客-CSDN博客

(5条消息) APP Invertor 蓝牙BLE 个人案例分享 快速开发自己的蓝牙APP_重行HC的博客-CSDN博客