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

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

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：

# 文心的例子
import ubluetooth
import machine
import time# 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():# services = (#     (#         ubluetooth.UUID(SERVICE_UUID),#         (#             (ubluetooth.UUID(CHARACTERISTIC_UUID), ubluetooth.FLAG_NOTIFY | ubluetooth.FLAG_READ),#         ),#     ),# )# ((_srv_handle, _char_handle), ) = ble.gatts_register_services(services)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# 启动广播ble.gap_advertise(100, bytearray(b'ESP32-C3 BLE Test'))return char_handle# BLE中断处理函数
def ble_irq(event, data):if event == ubluetooth.IRQ_GAP_CONNECTED:print("BLE device connected")elif event == ubluetooth.IRQ_GAP_DISCONNECTED: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 = b'Hello, ESP32-C3 BLE!'
ble.gatts_notify(char_handle, notification_data)
print("Notification sent:", notification_data)# try:
#     while True:
#         # 检查是否有连接的设备
#         if ble.gatts_get_conn_handle():
#             # 发送通知
#             ble.gatts_notify(char_handle, notification_data)
#             print("Notification sent:", notification_data)#         # 等待一段时间再发送下一次通知
#         time.sleep(5)
# except KeyboardInterrupt:
#     print("Exiting")
# finally:
#     # 清理BLE资源
#     ble.active(False)
#     machine.deepsleep()  # 可选：使设备进入深度睡眠模式以节省电源

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

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