如何利用ESP32和Arduino制作BLE檢測器

接近傳感器可以描述為一種借助光、電磁場或聲音檢測附近物體的開關。通常，這些類型的設備旨在檢測附近的對象，并且大多數(shù)這些傳感器將用于實際應用中。但是在某些情況下，對象遠離傳感器或對象被遮擋障礙物，在這些類型的情況下，我們可以使用BLE（低功耗藍牙）設備來檢測和感知物體的接近度。 ESP32 開發(fā)板內(nèi)置 BLE，我們在很多其他項目中都使用過。

在本文中，我將向您展示如何在ESP32 和 Arduino 的幫助 下制作一個簡單的BLE 存在檢測器，最后，我們將在我的智能手機和智能手表上使用 BLE 測試這些設備。

什么是低功耗藍牙 （BLE）？

BLE 代表低功耗藍牙，它于 2011 年進入我們的日常生活，因為每年的那個時候，每個主要制造商都開始在他們的設備中嵌入 BLE 技術。BLE 是一種低功耗無線通信技術，專為電池供電應用而開發(fā)，可用于短距離設備之間的通信。您每天使用的一些設備都內(nèi)置了藍牙，例如您的智能手機、智能手表、無線 耳塞、無線 揚聲器、智能 家居 設備。，以及更多的嵌入式藍牙進行通信或獲取位置數(shù)據(jù)。

BLE 是一項相對較新的技術，BLE 協(xié)議是由藍牙特別興趣小組 （SIG）開發(fā)的，其主要目標是使低功耗設備成為現(xiàn)實。雖然新開發(fā)的協(xié)議名稱保持不變，但新開發(fā)的 BLE 協(xié)議不向后兼容，這意味著我們的藍牙經(jīng)典設備無法與 BLE 設備通信，盡管該技術存在缺點，但它使開發(fā)人員能夠產(chǎn)生非常低的功率能量- 使用小型紐扣電池可持續(xù)數(shù)月甚至數(shù)年的高效設備。

BLE 通信如何工作？

BLE 使用分層數(shù)據(jù)結構來發(fā)送和接收信息。充當服務器的 BLE 設備將發(fā)布客戶端可以檢測到的服務和特征，一旦信息交換成功，BLE 設備可以同時相互通信。用技術術語來說，這個信息堆棧一起被稱為 BLE 設備的屬性。它是使用 GATT（通用屬性）配置文件定義和實現(xiàn)的。在這些配置文件中，我們按層次順序排列了服務、特征和值。服務包含特征，特征包含值，通過讀取特征，我們可以讀取值和值隨時間的變化。

可以處理特征以包括讀取或寫入信息。包含讀取組件的設備可以發(fā)布信息，包含寫入特性的設備可以從客戶端接收數(shù)據(jù)。

定義服務和特性的GATT 配置文件稱為通用唯一標識符 （UUID）。SIG 公司定義和保留了一些標準服務和特性，如果我們讀取 BLE 設備的 UUID，我們可以立即知道它是什么類型的設備。稍后再討論這個話題。

BLE 數(shù)據(jù)以非常小的封裝傳輸和接收，當TCP 數(shù)據(jù)包為 60 字節(jié)或更多時，BLE 數(shù)據(jù)包總共只有 31 字節(jié)。最后，要記住的重要一點是，BLE 數(shù)據(jù)包需要正確構造，然后可以在服務器端和客戶端一致地序列化和反序列化。

BLE 接近傳感器如何工作？

正如我之前所說，接近傳感器可以借助光、電磁波或聲音來檢測物體。之前我們已經(jīng)制作了一些基于PIR 傳感器和IR 傳感器的項目，如果您想了解更多有關該主題的信息，可以查看這些項目。

BLE 服務器定期廣播廣告信號，以便客戶端可以搜索并連接到它。這個廣播信號包含一個唯一的 BLE MAC（媒體訪問控制）地址，它與Wi-Fi 中使用的 MAC 地址非常相似，因為我們的 ESP32 模塊內(nèi)置了藍牙，我們可以很容易地檢測到這個廣播信號并將其與查找表，以檢測已知設備的存在。驗證設備后，我們可以在本地打開燈，也可以使用 Adafruit IO在我們的 android 應用程序上觸發(fā)通知。我們之前也用 Adafruit IO 做過項目，如果你想實現(xiàn) Adafruit IO，可以查看這些項目。

這個項目的要求？

正如您在上圖中看到的，對這個項目沒有太多要求，一個 esp32 開發(fā)板和一個支持 BLE 的設備，這里我使用的是我的 MI Band，就是這樣。

ESP32 BLE 接近傳感器的 Arduino 代碼

在演示中，我們將對 ESP32 控制器進行編程以感應已知的 BLE 信標，一旦已知設備接近，我們將點亮板載 LED?？梢栽诒卷摰撞空业綀?zhí)行此操作的完整程序。代碼解釋如下。

我們通過添加所需的頭文件并聲明變量來開始我們的程序。

當我們使用 BLEScan 類時，我們需要包含 BLEScan 的頭文件以及其他 BLE 頭文件。

#include 
#include 
#include 
#include 

接下來，我們將聲明一些變量，首先是我們存儲已知 BLE MAC 地址的數(shù)組。接下來，我們將聲明閾值，打破將觸發(fā)所需操作的閾值。接下來，我們將定義一個布爾值，如果我們數(shù)組中的已知設備與掃描的設備列表匹配，它將設置為 true。接下來，我們聲明另一個變量來清除已掃描的 BLE 設備，如果我們不這樣做，就會出現(xiàn)內(nèi)存問題。接下來，我們獲取一個指向 BLEScan 類的指針。

字符串 knownBLEAddresses[] = {"aa:bc:cc:dd:ee:ee", "54:2c:7b:87:71:a2"};
int RSSI_THRESHOLD = -55；
bool device_found;
整數(shù)掃描時間 = 5；//片刻之間
BLEScan* pBLEScan；

我們必須定義一個回調(diào)函數(shù)，首先，這個回調(diào)函數(shù)將每隔幾秒調(diào)用一次，以檢查是否有新的 BLE 設備可用。一旦我們進入回調(diào)函數(shù)，如果我們找到一個 BLE 設備，我們將設置一個標志并中斷循環(huán)。最后，我們將打印 BLE 設備信息。

類 MyAdvertisedDeviceCallbacks：公共 BLEAdvertisedDeviceCallbacks {
    無效 onResult（BLEAdvertisedDevice 廣告設備）{
      for (int i = 0; i < (sizeof(knownBLEAddresses) / sizeof(knownBLEAddresses[0])); i++)
      {
        //取消注釋以啟用調(diào)試信息
        //Serial.println("*************開始**************");
        //Serial.println(sizeof(knownBLEAddresses));
        //Serial.println(sizeof(knownBLEAddresses[0]));
        //Serial.println(sizeof(knownBLEAddresses)/sizeof(knownBLEAddresses[0]));
        //Serial.println(advertisedDevice.getAddress().toString().c_str());
        //Serial.println(knownBLEAddresses[i].c_str());
        //Serial.println("*************結束**************");
        if (strcmp(advertisedDevice.getAddress().toString().c_str(), knownBLEAddresses[i].c_str()) == 0)
                        {
          device_found = true;
                          休息;
                        }
        別的
          device_found = 假；
      }
      Serial.printf("廣告設備：%s \n", AdvertisementdDevice.toString().c_str());
    }
};

接下來是設置部分，我們將LED 引腳聲明為輸出。此外，我們使用BLEDevice::init 方法初始化BLEDevice，之后，我們從 BLEDevice 獲取掃描對象，我們將地址存儲到先前聲明的pBLEScan 指針中。

接下來，我們設置回調(diào)函數(shù)，這個回調(diào)函數(shù)會在幾秒鐘內(nèi)調(diào)用一次，檢查是否有新設備可用，接下來我使用SetActiveScan方法將其設置為非活動模式，因為如果我們啟用此功能，BLE 設備將為我們提供非常準確的結果。最后我們設置setInterval和setWindow方法來完成設置。

  序列號.開始（115200）；//在ESP32上啟用UART
  Serial.println("正在掃描..."); // 打印掃描
  pinMode（LED_BUILTIN，輸出）；//
  BLEDevice::init("");
  pBLEScan = BLEDevice::getScan(); //創(chuàng)建新的掃描
  pBLEScan->setAdvertisedDeviceCallbacks(new MyAdvertisedDeviceCallbacks()); //初始化回調(diào)函數(shù)
  pBLEScan->setActiveScan(true); //主動掃描消耗更多的能量，但更快地得到結果
  pBLEScan->setInterval(100); // 設置掃描間隔
  pBLEScan->setWindow(99); // 小于或等于 setInterval 值

在循環(huán)部分，我們使用start 方法啟動 BLE 設備。scanTime參數(shù)定義了 BLE 設備掃描新設備所需的時間。

BLEScanResults foundDevices = pBLEScan->start(scanTime, false);

掃描完成后，我們將其放入名為foundDevices的變量中。

掃描完成后，我們可以使用found devices.getCount()方法獲取掃描儀找到了多少個設備，我們方便地將其放入for 循環(huán)中，逐個獲取每個設備的 RSSI 值，然后，我們比較該設備是否與列表中的設備匹配，我們使用一個簡單的if語句來做到這一點。如果我們得到一個已知設備，我們會點亮板載 LED，以表明我們在列表中找到了一個已知設備。否則我們會關閉 LED。

for (int i = 0; i < foundDevices.getCount(); i++)
  {
    BLEAdvertisedDevice device = foundDevices.getDevice(i);
    int rssi = device.getRSSI();
    Serial.print("RSSI:");
    序列號.println(rssi);
    如果（rssi > RSSI_THRESHOLD && device_found == true）
      數(shù)字寫入（LED_BUILTIN，高）；
    別的
      數(shù)字寫入（LED_BUILTIN，低）；
  }

最后，我們通過調(diào)用 -

clearResults() 方法
pBLEScan->clearResults(); // 從BLEScan緩沖區(qū)中刪除結果以釋放內(nèi)存

上傳代碼后，如果已知設備靠近您的 ESP32 設備，您可以觸發(fā)任何操作。完整的工作也可以在此頁面的底部找到。

#include
#include
#include
#include
字符串 knownBLEAddresses[] = {"6E:bc:55:18:cf:7b", "53:3c:cb:56:36:02", "40:99:4b:75:7d:2f", "5c :5b:68:6f:34:96"};
int RSSI_THRESHOLD = -55；
bool device_found;
整數(shù)掃描時間 = 5；//片刻之間
BLEScan* pBLEScan；
類 MyAdvertisedDeviceCallbacks：公共 BLEAdvertisedDeviceCallbacks {
無效 onResult（BLEAdvertisedDevice 廣告設備）{
for (int i = 0; i < (sizeof(knownBLEAddresses) / sizeof(knownBLEAddresses[0])); i++)
{
//取消注釋以啟用調(diào)試信息
//Serial.println("*************開始**************");
//Serial.println(sizeof(knownBLEAddresses));
//Serial.println(sizeof(knownBLEAddresses[0]));
//Serial.println(sizeof(knownBLEAddresses)/sizeof(knownBLEAddresses[0]));
//Serial.println(advertisedDevice.getAddress().toString().c_str());
//Serial.println(knownBLEAddresses[i].c_str());
//Serial.println("*************結束**************");
if (strcmp(advertisedDevice.getAddress().toString().c_str(), knownBLEAddresses[i].c_str()) == 0)
{
device_found = true;
休息;
}
別的
device_found = 假；
}
Serial.printf("廣告設備：%s \n", AdvertisementdDevice.toString().c_str());
}
};
無效設置（）{
序列號.開始（115200）；//在ESP32上啟用UART
Serial.println("正在掃描..."); // 打印掃描
pinMode（LED_BUILTIN，輸出）；//使 BUILTIN_LED 引腳作為輸出
BLEDevice::init("");
pBLEScan = BLEDevice::getScan(); //創(chuàng)建新的掃描
pBLEScan->setAdvertisedDeviceCallbacks(new MyAdvertisedDeviceCallbacks()); //初始化回調(diào)函數(shù)
pBLEScan->setActiveScan(true); //主動掃描消耗更多的能量，但更快地得到結果
pBLEScan->setInterval(100); // 設置掃描間隔
pBLEScan->setWindow(99); // 小于或等于 setInterval 值
}
無效循環(huán)（）{
// 把你的主要代碼放在這里，重復運行：
BLEScanResults foundDevices = pBLEScan->start(scanTime, false);
for (int i = 0; i < foundDevices.getCount(); i++)
{
BLEAdvertisedDevice device = foundDevices.getDevice(i);
int rssi = device.getRSSI();
Serial.print("RSSI:");
序列號.println(rssi);
如果（rssi > RSSI_THRESHOLD && device_found == true）
數(shù)字寫入（LED_BUILTIN，高）；
別的
數(shù)字寫入（LED_BUILTIN，低）；
}
pBLEScan->clearResults(); // 從BLEScan緩沖區(qū)中刪除結果以釋放內(nèi)存
}