esp32c3开发板通过micropython的ubluetooth库连蓝牙设备

ESP32-C3开发板是一款高性能、低功耗的微控制器，搭载了Espressif自家的RISC-V处理器。通过MicroPython，一种面向微控制器的精简版Python编程语言，开发者可以轻松地为ESP32-C3编写代码。MicroPython的ubluetooth库使得ESP32-C3能够通过蓝牙与各种设备进行通信。

使用ubluetooth库，ESP32-C3可以作为蓝牙主机或从机，实现与蓝牙设备的配对、连接和数据传输。开发者可以利用这个库来创建蓝牙低功耗（BLE）应用，如智能家居设备、健康监测设备等。通过简单的Python代码，ESP32-C3可以发送和接收蓝牙信号，实现设备间的无线通信。这使得ESP32-C3成为一个多功能、易于编程的蓝牙解决方案，适合各种物联网项目。

首先学习一下蓝牙通讯的机制

蓝牙通讯介绍

蓝牙通信是一种无线通信技术，用于在短距离内（通常在10米以内）连接不同的电子设备，如手机、平板电脑、笔记本电脑、耳机、扬声器等。蓝牙通信的机制主要包括以下几个方面：

1. 频率和调制

蓝牙通信使用2.4 GHz的工业、科学和医疗（ISM）频段。为了避免与其他无线设备的干扰，蓝牙采用了频率跳跃扩频（FHSS）技术。在通信过程中，蓝牙设备会在79个不同的频率通道上进行跳变，每秒跳变1600次，从而减少干扰和提高通信的稳定性。

2. 设备配对和连接

蓝牙设备之间的通信需要先进行配对和连接：

  • 配对：两个设备通过交换密钥建立信任关系。配对过程通常需要用户确认，以确保安全性。
  • 连接：配对成功后，设备可以建立稳定的连接，进行数据传输。

3. 主从设备

蓝牙通信采用主从模式：

  • 主设备：控制连接和数据传输的设备，可以同时连接多个从设备。
  • 从设备：被主设备控制的设备，通常只能连接一个主设备。

4. 服务和特征

蓝牙低功耗（BLE）协议中，设备通过服务和特征来交换数据：

  • 服务：一组相关的特征集合，代表设备的某种功能或数据类型。
  • 特征：具体的数据点，可以被读取、写入或通知。

5. 广播和扫描

  • 广播：设备通过广播包发送信息，其他设备可以通过扫描接收这些信息。
  • 扫描：设备监听周围的广播包，以发现可连接的蓝牙设备和服务。

6. 数据传输协议

蓝牙通信使用多种协议层来确保数据的可靠传输：

  • 物理层（PHY）：负责实际的无线信号传输。
  • 链路层（LL）：管理设备的连接状态、数据包的发送和接收。
  • 主机控制接口（HCI）：提供主机和控制器之间的通信接口。
  • 逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）：负责数据的分段、重组和错误控制。
  • 属性协议（ATT）：在BLE中用于服务的发现和数据的读写操作。

7. 安全机制

蓝牙通信包括多种安全措施：

  • 加密：使用AES加密算法保护数据传输。
  • 认证：通过配对过程中的PIN码或OOB（Out of Band）数据进行设备身份验证。
  • 授权：确保只有经过授权的设备才能访问特定的服务和特征。

8. 功耗管理

特别是对于BLE，功耗管理是一个关键因素：

  • 低功耗模式：设备可以在不需要通信时进入休眠状态，减少能量消耗。
  • 连接间隔：调整主从设备之间的连接间隔，平衡数据传输速率和能耗。

总之，蓝牙通信通过一系列复杂的协议和技术，实现了设备间的短距离、低功耗、安全的无线数据传输。

实践

micropython的蓝牙配置参见：bluetooth — 低功耗蓝牙 — MicroPython 1.22 文档

准备好esp32c3开发板，进入micropython交互环境，输入如下代码：

蓝牙测试代码1

这段代码没通过。。。。 

import ubluetooth
import utime
import machineclass BLEServer:def __init__(self):self.ble = ubluetooth.BLE()self.ble.active(True)self.ble.irq(self.ble_irq)self.register_service()self.connected = Falsedef register_service(self):# 创建一个UUID为"12345678-1234-5678-1234-56789abcdef0"的服务service_uuid = ubluetooth.UUID('12345678-1234-5678-1234-56789abcdef0')service = self.ble.gatts_register_services([(service_uuid, ((ubluetooth.UUID('12345678-1234-5678-1234-56789abcdef1'), ubluetooth.FLAG_READ),))])self.service_handle = service[0]self.char_handle = service[1]# 设置Characteristic的初始值self.ble.gatts_write(self.char_handle, b'Hello, BLE!')def ble_irq(self, event, data):if event == 1:# Central设备连接self.connected = Trueprint("Device connected")elif event == 2:# Central设备断开连接self.connected = Falseprint("Device disconnected")# 重置广告，以便再次被发现self.ble.gap_advertise(100, adv_data=self.ble.config('mac') + b'\x02\x01\x06' + b'\x11\x07' + ubluetooth.UUID('12345678-1234-5678-1234-56789abcdef0').bytes)def start_advertising(self):# 开始广告，以便Central设备可以发现这个Peripheralself.ble.gap_advertise(100, adv_data=self.ble.config('mac') + b'\x02\x01\x06' + b'\x11\x07' + ubluetooth.UUID('12345678-1234-5678-1234-56789abcdef0').bytes)def main():ble_server = BLEServer()ble_server.start_advertising()while True:if ble_server.connected:# 可以在这里添加逻辑来处理连接状态passutime.sleep(1)if __name__ == "__main__":main()

但是这段代码有问题，

蓝牙测试代码2

后来用了这段文心生成的代码，这段代码ok：

# 文心的例子
import ubluetooth
import machine
import time
from micropython import const
IRQ_CENTRAL_CONNECT = const(1)
IRQ_CENTRAL_DISCONNECT = const(2)# 初始化蓝牙
ble = ubluetooth.BLE()
ble.active(True)# 定义服务UUID
# SERVICE_UUID = '12345678-1234-5678-1234-56789abcdef0'
# CHARACTERISTIC_UUID = '12345678-1234-5678-1234-56789abcdef1'# 创建BLE服务和特性
def ble_init():NUS_UUID = 'AE25A5C1-4601-143C-12BB-8BC45A18749C'RX_UUID = 'AE25A5C2-4601-143C-12BB-8BC45A18749C'TX_UUID = 'AE25A5C3-4601-143C-12BB-8BC45A18749C'BLE_NUS = ubluetooth.UUID(NUS_UUID)BLE_RX = (ubluetooth.UUID(RX_UUID), ubluetooth.FLAG_WRITE)BLE_TX = (ubluetooth.UUID(TX_UUID), ubluetooth.FLAG_NOTIFY | ubluetooth.FLAG_READ)BLE_UART = (BLE_NUS, (BLE_TX, BLE_RX,))SERVICES = (BLE_UART, )((tx, rx),) = ble.gatts_register_services(SERVICES)# 获取特性的句柄以发送通知# char_handle = _char_handle[0]# 启动广播ble.gap_advertise(100, bytearray(b'ESP32-C3 BLE Test'))return tx# BLE中断处理函数
def ble_irq(event, data):if event == IRQ_CENTRAL_CONNECT:print("BLE device connected")elif event == IRQ_CENTRAL_DISCONNECT:print("BLE device disconnected")# 可以选择在这里重新开始广播# 注册BLE中断处理函数
ble.irq(ble_irq)# 初始化BLE并获取特性句柄
char_handle = ble_init()# 发送通知的数据
notification_data = 'Hello, ESP32-C3 BLE!'
ble.gatts_notify(1, char_handle, notification_data)
ble.gatts_write(char_handle, notification_data)
print("Notification sent:", notification_data)

代码保持整体框架，做了一些小修改，比如 UUID部分重新写了，比如加上IRQ_CENTRAL_CONNECT等常量，最后发送信息加上了write

ble.gatts_notify(1, char_handle, notification_data)
ble.gatts_write(char_handle, notification_data)

手机安装蓝牙测试app：BLE调试助手

 在华为手机的“应用市场”，查找“BLE调试助手”，安装该app应用。

打开“BLE调试助手”，找到开发板的蓝牙。小窍门，开发板的蓝牙，一般没有诸如“oppo”、小米、amazfit等字样，而且如果手机和开发板距离较近，信号会比较强，比如-50db左右

蓝牙通讯测试

在开发板发送数据，比如：

notification_data = 'Hello, ESP32-C3 BLE!'
ble.gatts_notify(1, char_handle, notification_data)notification_data = '123456'
ble.gatts_notify(1, char_handle, notification_data)

这段代码可以让esp32c3发送信息，然后用手机app“BLE调试助手”接收，接收信息截图

最后六位数字，31-36，就是发送的数字1-6的ASCII编码。 

注意：不知道是否没有清空缓冲的原因，每点一次“接收”，都会再接收最后一次的信息。比如里面的连续多次31、32 ，就是测试时发送了“12”两个字母，但是点了多次接收导致的。

后来明白了，

ble.gatts_notify(1, char_handle, notification_data)

这个是通知信息，只发送一次


ble.gatts_write(char_handle, notification_data)

这个是发送信息，可以一直接收。

注意：将手机app里的HEX选项去掉，就能看到字符串而不是ascii编码了。

调试

这句有报错：>>> char_handle = ble_init()

Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> File "<stdin>", line 10, in ble_init ValueError: need more than 1 values to unpack

按照一言的提示，查看封包情况：

services = ((ubluetooth.UUID(SERVICE_UUID),((ubluetooth.UUID(CHARACTERISTIC_UUID), ubluetooth.FLAG_NOTIFY | ubluetooth.FLAG_READ),),),
)result = ble.gatts_register_services(services)
print(result)  # 打印结果以查看结构

输出：

((16,),)

感觉这个封包有问题啊，调整一下：

services = ((ubluetooth.UUID(SERVICE_UUID),((ubluetooth.UUID(CHARACTERISTIC_UUID), ubluetooth.FLAG_NOTIFY | ubluetooth.FLAG_READ),),),)((_srv_handle), ((_char_handle), _ ),), ) = ble.gatts_register_services(services)

封包和解包这里太头疼了，直接用下面的代码：

    NUS_UUID = 'AE25A5C1-4601-143C-12BB-8BC45A18749C'RX_UUID = 'AE25A5C2-4601-143C-12BB-8BC45A18749C'TX_UUID = 'AE25A5C3-4601-143C-12BB-8BC45A18749C'BLE_NUS = ubluetooth.UUID(NUS_UUID)BLE_RX = (ubluetooth.UUID(RX_UUID), ubluetooth.FLAG_WRITE)# BLE_TX = (ubluetooth.UUID(TX_UUID), ubluetooth.FLAG_NOTIFY)ELE_TX = (ubluetooth.UUID(TX_UUID), ubluetooth.FLAG_NOTIFY | ubluetooth.FLAG_READ)BLE_UART = (BLE_NUS, (BLE_TX, BLE_RX,))SERVICES = (BLE_UART, )((tx, rx),) = ble.gatts_register_services(SERVICES)# 获取特性的句柄以发送通知# char_handle = _char_handle[0]char_handle = tx

学习蓝牙配置的时候这句报错ble.config('rxbuf')

Traceback (most recent call last):

  File "<stdin>", line 1, in <module>

ValueError: unknown config param

文心回复：

在您提供的错误信息中，ble.config('rxbuf') 调用导致了 ValueError: unknown config param 错误。这意味着 ble.config 函数不接受 'rxbuf' 作为有效的配置参数。

在MicroPython的BLE（蓝牙低功耗）模块中，ble.config() 函数用于配置BLE堆栈的某些参数。但是，可用的配置参数取决于您的ESP32固件版本和MicroPython的版本。通常，这些参数包括如扫描响应时间、广播间隔等BLE相关的设置。

'rxbuf' 看起来像是尝试配置接收缓冲区的大小，但这通常不是通过 ble.config() 函数来实现的。在MicroPython中，BLE接收缓冲区的大小可能由BLE堆栈内部管理，并且不直接暴露给应用程序进行配置。

发现代码中竟然没有这个变量ubluetooth.IRQ_GAP_CONNECTED

ubluetooth.IRQ_GAP_CONNECTED

Traceback (most recent call last):

  File "<stdin>", line 1, in <module>

AttributeError: 'module' object has no attribute 'IRQ_GAP_CONNECTED'

怪不得这里代码调不通呢。

原来是为了减小esp32等开发板空间占用，micropython竟然没有把这些常量设进去，用什么需要手工加什么，加上：

from micropython import const

IRQ_CENTRAL_CONNECT = const(1)

IRQ_CENTRAL_DISCONNECT = const(2)

这段代码用这些常量：

def ble_irq(event, data):if event == IRQ_CENTRAL_CONNECT:print("BLE device connected")elif event == IRQ_CENTRAL_DISCONNECT:print("BLE device disconnected")

检查代码，发现抄错一个字母

怪不得会有报错啊。。。。

# BLE_TX = (ubluetooth.UUID(TX_UUID), ubluetooth.FLAG_NOTIFY)
    ELE_TX = (ubluetooth.UUID(TX_UUID), ubluetooth.FLAG_NOTIFY | ubluetooth.FLAG_READ)

把B写成E了

改过来。

services = ble.gatts_register_services(service_definition())这句报错

>>> services = ble.gatts_register_services(service_definition())

Traceback (most recent call last):

  File "<stdin>", line 1, in <module>

OSError: [Errno 12] ENOMEM

仔细看这段代码：

def service_definition():# 用户描述字符串user_description = "This is a sample characteristic"return ((SERVICE_UUID, ((CHARACTERISTIC_UUID, ubluetooth.FLAG_READ | ubluetooth.FLAG_WRITE | ubluetooth.FLAG_NOTIFY | ubluetooth.FLAG_INDICATE),# 为描述符提供UUID和初始值（用户描述）(DESCRIPTOR_UUID, user_description.encode('utf-8')),  # 编码为字节串)),)

发现return这里少一个逗号：)),

加上一个逗号，pass

在microptyhon里，元组等结构的逗号不能省略

def service_definition():# 用户描述字符串user_description = "This is a sample characteristic"return ((SERVICE_UUID, ((CHARACTERISTIC_UUID, ubluetooth.FLAG_READ | ubluetooth.FLAG_WRITE | ubluetooth.FLAG_NOTIFY | ubluetooth.FLAG_INDICATE),# 为描述符提供UUID和初始值（用户描述）(DESCRIPTOR_UUID, user_description.encode('utf-8')),  # 编码为字节串), ),)

char_handle = services[1][0]这句报错

service_handle = services[0]

char_handle = services[1][0]

desc_handle = services[1][1] # If you included the descriptor

看了一下，services的返回信息是：

services

((16, 19),)

所以这段代码需要修改成：

services = ble.gatts_register_services(service_definition())
# service_handle = services[0]
char_handle = services[0][0]
desc_handle = services[0][1]  # If you included the descriptor

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