將ESP32藍牙低功耗連接到健身手環(huán)以觸發(fā)燈泡的方法

一進入家門就自動開燈，離開時又關(guān)掉燈，這是多么酷?。∈堑?，一個簡單的應(yīng)用程序可以為您做到這一點。在這個項目中，我們將 ESP32 用作 BLE 客戶端，將健身手環(huán)用作 BLE 服務(wù)器，因此，每當(dāng)佩戴健身手環(huán)的人進入 ESP32 藍牙范圍內(nèi)時，ESP32 都會檢測到它并打開燈。任何具有 BLE 服務(wù)器功能的藍牙設(shè)備都可以用作觸發(fā)設(shè)備，以使用 ESP32 控制任何家用電器。

我們將對 ESP32 進行編程，使其充當(dāng) BLE 客戶端，并不斷掃描 BLE 設(shè)備;如果我們在范圍內(nèi)找到健身帶，我們將嘗試連接到它，如果連接成功，我們可以通過切換ESP32上的一個GPIO引腳來觸發(fā)燈泡。該方法是可靠的，因為每個BLE服務(wù)器（健身帶）將具有唯一的硬件ID，因此沒有兩個BLE服務(wù)器設(shè)備是相同的。有趣的對吧?!!!現(xiàn)在，讓我們開始構(gòu)建：

所需材料

ESP32 開發(fā)板

交流負載（燈）

繼電器模塊

硬件

這個 ESP32 BLE 客戶端項目的硬件非常簡單，因為大多數(shù)魔術(shù)都發(fā)生在代碼內(nèi)部。ESP32 必須在發(fā)現(xiàn)或丟失藍牙信號時切換交流燈（負載）。要切換此負載，我們將使用繼電器，由于 ESP32 的 GPIO 引腳僅兼容 3.3V，我們需要一個可以用 3.3V 驅(qū)動的繼電器模塊。只需檢查繼電器模塊中使用的晶體管，如果它是BC548，你就可以按照下面的電路圖建立自己的電路。

警告：該電路直接處理220V交流電源電壓。小心帶電電線，并確保不會產(chǎn)生短路。你已被警告。

使用BC548而不是BC547或2N2222的原因是它們具有低基極發(fā)射極電壓，僅可在3.3V下觸發(fā)。這里使用的繼電器是5V繼電器，因此我們使用Vin引腳為其供電，該引腳從電源線中獲得5V。接地引腳連接到電路的接地。電阻 R1 1K 用作基極電流限制器電阻。相線連接到繼電器的NO引腳，繼電器的共引腳連接到負載，負載的另一端連接到中性線。您可以交換相位和中性的位置，但請注意不要直接做空它們。電流應(yīng)始終通過負載（燈泡）。我使用了一個繼電器模塊來保持簡單，這里的負載是焦點LED燈。我的設(shè)置如下所示

如果您現(xiàn)在想跳過硬件，可以使用 GPIO 2 引腳而不是 GPIO 13 引腳來切換 ESP32 上的板載 LED。建議初學(xué)者使用此方法。

獲取服務(wù)器的藍牙地址（健身手環(huán)的地址）

如前所述，我們將對 ESP32 進行編程，使其充當(dāng)客戶端（類似于電話）并連接到我的健身手環(huán)（聯(lián)想 HW-01）的服務(wù)器。對于連接到服務(wù)器的客戶端，它必須知道服務(wù)器的藍牙地址。每個藍牙服務(wù)器，就像我的健身手環(huán)一樣，都有自己獨特的藍牙地址，這是永久性的。您可以將此與筆記本電腦或手機的 MAC 地址相關(guān)聯(lián)。

為了從服務(wù)器中獲取此地址，我們使用稱為nRF的應(yīng)用程序從北歐半導(dǎo)體連接，我們已經(jīng)在上一個教程中使用過。它免費提供給IOS和安卓用戶。只需下載，啟動應(yīng)用程序并掃描附近的藍牙設(shè)備。該應(yīng)用程序?qū)⒘谐鏊业降乃蠦LE設(shè)備。我的命名為HW-01，只需查看其名稱下方，您就會發(fā)現(xiàn)服務(wù)器的硬件地址，如下所示。

所以我的健身手環(huán)的 ESP32 BLE 硬件地址是 C7：F0：69：F0：68：81，您將擁有一組相同格式的不同數(shù)字。只需記下它，因為我們在編程ESP32時需要它。

獲取服務(wù)器的服務(wù)和特征 UUID

好的，現(xiàn)在我們已經(jīng)使用BLE地址標(biāo)識了我們的服務(wù)器，但是為了與之通信，我們需要說服務(wù)語言和特征，如果您閱讀了上一個教程，您將理解這一點。在本教程中，我將使用我的服務(wù)器的寫入特征（健身帶）與它配對。因此，為了與設(shè)備配對，我們需要服務(wù)廣告特征UUID，我們可以使用相同的應(yīng)用程序再次獲得它。

只需單擊應(yīng)用程序上的“連接”按鈕并搜索一些寫入特征，應(yīng)用程序?qū)@示服務(wù) UUID 和特征 UUID。我的如下所示

在這里，我的服務(wù) UUID 和特征 UUID 是相同的，但它不必相同。記下服務(wù)器的 UUID。我的被記錄下來

Service UUID:

0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb

Characteristic

UUID: 0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb

使用寫入特性不是強制性的;您可以使用應(yīng)用程序中顯示的服務(wù)器的任何有效服務(wù)和特征 UUID。

對 ESP32 進行編程，使其充當(dāng)鄰近感應(yīng)開關(guān)應(yīng)用的客戶端

該程序的理念是使 ESP32 充當(dāng)客戶端，在找到我們的服務(wù)器（健身帶）時不斷掃描藍牙設(shè)備，驗證硬件 ID，并通過 GPIO 引腳 13 切換指示燈。好吧!!,但有一個問題。所有BLE服務(wù)器的射程均為10米，這有點太多了。因此，如果我們試圖使接近開關(guān)打開打開一扇門的燈，這個范圍非常高。

要縮小BLE服務(wù)器的范圍，我們可以使用配對選項。僅當(dāng) BLE 服務(wù)器和客戶端的距離在 3-4 米以內(nèi)時，兩者才會保持配對狀態(tài)。這非常適合我們的應(yīng)用。因此，我們制造 ESP32 不僅是為了發(fā)現(xiàn) BLE 服務(wù)器，也是為了連接到它并確保它是否保持配對狀態(tài)。 本頁末尾提供了完整的 ESP32 BLE 示例程序來執(zhí)行相同的操作。下面，我將代碼分解成小片段并嘗試解釋它們。

在包含頭文件后，我們通知 ESP32 我們通過 nRF 連接應(yīng)用程序獲得的 BLE 地址、服務(wù)和特征 UUID，如上面的標(biāo)題中所述。代碼如下所示

static BLEUUID serviceUUID("0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb"); //Service UUID of fitnessband obtained through nRF connect application

static BLEUUID charUUID("0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb"); //Characteristic UUID of fitnessband obtained through nRF connect application

String My_BLE_Address = "c7:f0:69:f0:68:81"; //Hardware Bluetooth MAC of my fitnessband, will vary for every band obtained through nRF connect application

其次，在程序中，我們有連接到服務(wù)器和我的廣告服務(wù)回撥，我們稍后將返回。然后在設(shè)置函數(shù)內(nèi)部，我們初始化串行監(jiān)視器，并使ESP上的BLE掃描設(shè)備。掃描完成后，發(fā)現(xiàn)每個BLE設(shè)備，就會調(diào)用“我的廣告設(shè)備”回調(diào)功能。

我們還支持主動掃描，因為我們使用主電源為 ESP32 供電，對于電池應(yīng)用，它已關(guān)閉以降低電流消耗。繼電器觸發(fā)引腳在我們的硬件中連接到GPIO 13，因此我們也聲明GPIO引腳13為輸出。

void setup() {

Serial.begin(115200); //Start serial monitor

Serial.println("ESP32 BLE Server program"); //Intro message

BLEDevice::init("");

pBLEScan = BLEDevice::getScan(); //create new scan

pBLEScan->setAdvertisedDeviceCallbacks(new MyAdvertisedDeviceCallbacks()); //Call the class that is defined above

pBLEScan->setActiveScan(true); //active scan uses more power, but get results faster

pinMode (13,OUTPUT); //Declare the in-built LED pin as output

}

在“我的廣告設(shè)備回調(diào)”功能中，我們打印行將列出發(fā)現(xiàn)的BLE設(shè)備的名稱和其他信息。我們需要發(fā)現(xiàn)的BLE設(shè)備的硬件ID，以便我們可以將其與所需的設(shè)備進行比較。因此，我們使用變量Server_BLE_Address來獲取設(shè)備的地址，然后將其從BLE地址類型轉(zhuǎn)換為字符串。

class MyAdvertisedDeviceCallbacks: public BLEAdvertisedDeviceCallbacks

{

void onResult(BLEAdvertisedDevice advertisedDevice) {

Serial.printf("Scan Result: %s n", advertisedDevice.toString().c_str());

Server_BLE_Address = new BLEAddress(advertisedDevice.getAddress());

Scaned_BLE_Address = Server_BLE_Address->toString().c_str();

}

};

在循環(huán)函數(shù)中，我們掃描 3 秒鐘，并將結(jié)果放在發(fā)現(xiàn)的設(shè)備中，這是來自 BLEScanResults 的對象。如果我們通過掃描找到一個或多個設(shè)備，我們將開始檢查發(fā)現(xiàn)的BLE地址是否與我們在程序中輸入的地址匹配。如果匹配是正數(shù)，并且設(shè)備未提前配對，我們嘗試使用 connectToserver 函數(shù)對其進行配對。我們還使用了一些串行語句來理解目的。

while (foundDevices.getCount() >= 1)

{

if (Scaned_BLE_Address == My_BLE_Address && paired == false)

{

Serial.println("Found Device :-)... connecting to Server as client");

if (connectToserver(*Server_BLE_Address))

{

在連接服務(wù)器功能中，我們使用 UUID 與 BLE 服務(wù)器（健身帶）配對。要連接服務(wù)器，ESP32 必須充當(dāng)客戶端，因此我們使用 createClient（） 函數(shù)創(chuàng)建一個客戶端，然后連接到 BLE 服務(wù)器的地址。然后，我們使用 UUID 值搜索服務(wù)和特征，并嘗試連接到它。當(dāng)連接成功時，該函數(shù)返回 true，如果不是，則返回 false。請注意，使用服務(wù)和特征 UUID 與服務(wù)器配對并不是強制性的，它只是為了便于您理解。

bool connectToserver (BLEAddress pAddress){

BLEClient* pClient = BLEDevice::createClient();

Serial.println(" - Created client");

// Connect to the BLE Server.

pClient->connect(pAddress);

Serial.println(" - Connected to fitnessband");

// Obtain a reference to the service we are after in the remote BLE server.

BLERemoteService* pRemoteService = pClient->getService(serviceUUID);

if (pRemoteService != nullptr)

{

Serial.println(" - Found our service");

return true;

}

else

return false;

// Obtain a reference to the characteristic in the service of the remote BLE server.

pRemoteCharacteristic = pRemoteService->getCharacteristic(charUUID);

if (pRemoteCharacteristic != nullptr)

Serial.println(" - Found our characteristic");

return true;

}

如果連接成功，則GPIO引腳13變高，并使用中斷語句將控件發(fā)送到環(huán)路之外。配對的布爾變量也設(shè)置為 true。

if (connectToserver(*Server_BLE_Address))

{

paired = true;

Serial.println("********************LED turned ON************************");

digitalWrite (13,HIGH);

break;

}

配對成功并打開GPIO引腳后，我們必須檢查設(shè)備是否仍在范圍內(nèi)。由于現(xiàn)在設(shè)備已配對，因此BLE掃描服務(wù)將無法再看到它。只有當(dāng)用戶離開該區(qū)域時，我們才會再次找到它。因此，我們只需要掃描BLE服務(wù)器，如果我們發(fā)現(xiàn)，則必須將GPIO引腳設(shè)置為低電平，如下所示

if (Scaned_BLE_Address == My_BLE_Address && paired == true)

{

Serial.println("Our device went out of range");

paired = false;

Serial.println("********************LED OOOFFFFF************************");

digitalWrite (13,LOW);

ESP.restart();

break;

}

工作和測試

完成程序和硬件設(shè)置后，只需將代碼上傳到 ESP32 并按如下所示安排整個設(shè)置即可。

您應(yīng)該注意到，一旦健身手環(huán)（服務(wù)器）與 ESP32 配對，燈就會被打開。您也可以通過注意健身手環(huán)上的連接藍牙符號來檢查這一點。配對后，只需嘗試離開 ESP32，當(dāng)您越過 3-4 米時，您會注意到手表上的藍牙符號消失，連接丟失?，F(xiàn)在，如果你看一下燈，它將被關(guān)閉。當(dāng)您走回設(shè)備時，設(shè)備會再次配對并打開指示燈。