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

news 2025/6/29 0:33:57

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

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