Mikrokontrolér ESP32 obsahuje kromě Wi-Fi také podporu Bluetooth a Bluetooth Low Energy (BLE). BLE je moderní technologie určená pro komunikaci na krátkou vzdálenost s velmi nízkou spotřebou energie.

Díky tomu se často používá v projektech jako:

chytré hodinky
fitness zařízení
senzory IoT
domácí automatizace
bezdrátové ovládání zařízení

V tomto článku si ukážeme základní principy BLE a jednoduchý příklad použití s ESP32 v Arduino IDE.

Co je Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy je úsporná varianta klasického Bluetooth. Je navržena pro přenos malého množství dat na krátkou vzdálenost při velmi nízké spotřebě energie.

Na rozdíl od klasického Bluetooth není zařízení stále aktivní. BLE většinu času zůstává v režimu spánku a aktivuje se pouze při komunikaci.

Díky tomu může BLE spotřebovávat až 100× méně energie než klasický Bluetooth, což je ideální pro zařízení napájená baterií.

Server a klient v BLE

BLE komunikace pracuje s dvěma typy zařízení:

BLE server

Server je zařízení, které poskytuje data.

Například:

senzor teploty
ESP32 odesílající data
fitness náramek

Server vysílá signál, aby ho ostatní zařízení mohla najít.

BLE klient

Klient je zařízení, které server vyhledává a připojuje se k němu.

Typickým klientem je například:

smartphone
tablet
počítač
jiný mikrokontrolér

Klient tedy skenuje okolí a připojí se k serveru.

ESP32 může fungovat jako server i jako klient.

Struktura BLE komunikace (GATT)

BLE používá strukturu nazývanou GATT (Generic Attribute Profile). Ta určuje, jak se mezi zařízeními přenášejí data.

Hierarchie je následující:

Service (služba)
Characteristic (charakteristika)
Descriptor (popis vlastnosti)

Service

Service představuje skupinu dat, například:

baterie zařízení
teplota
srdeční tep

Jedno zařízení může obsahovat více služeb.

Characteristic

Characteristic obsahuje samotná data, například:

aktuální hodnota senzoru
stav zařízení
textovou zprávu

Characteristic může mít různé vlastnosti:

čtení (READ)
zápis (WRITE)
notifikace (NOTIFY)

UUID identifikátory

Každá služba i charakteristika má unikátní identifikátor nazývaný UUID (Universally Unique Identifier).

UUID je unikátní číslo, například:

ble.cpp

55072829-bc9e-4c53-938a-74a6d4c78776

UUID umožňuje identifikovat konkrétní data nebo služby v BLE zařízení.

BLE knihovna pro ESP32

ESP32 obsahuje BLE knihovnu přímo v balíčku pro Arduino IDE.

Příklady lze najít v Arduino IDE:

Zde jsou připravené projekty například:

BLE Server
BLE Client
BLE Scan

Tyto příklady usnadňují začátky s BLE komunikací.

Program: ESP32 BLE Server

Následující program vytvoří BLE server, který vysílá jednoduchou textovou zprávu.

ble.cpp

#include <BLEDevice.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLEServer.h>

#define SERVICE_UUID        "4fafc201-1fb5-459e-8fcc-c5c9c331914b"
#define CHARACTERISTIC_UUID "beb5483e-36e1-4688-b7f5-ea07361b26a8"

void setup() {

  Serial.begin(115200);
  Serial.println("Starting BLE...");

  // inicializace BLE
  BLEDevice::init("ESP32_BLE");

  // vytvoření serveru
  BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();

  // vytvoření služby
  BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);

  // vytvoření charakteristiky
  BLECharacteristic *pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
                        CHARACTERISTIC_UUID,
                        BLECharacteristic::PROPERTY_READ |
                        BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE
                      );

  // nastavení hodnoty
  pCharacteristic->setValue("Hello from ESP32");

  // spuštění služby
  pService->start();

  // spuštění vysílání BLE signálu
  BLEAdvertising *pAdvertising = pServer->getAdvertising();
  pAdvertising->start();

  Serial.println("BLE server ready");
}

void loop() {

}

Jak program funguje

Program postupuje v několika krocích:

inicializuje BLE zařízení
vytvoří BLE server
vytvoří službu (Service)
vytvoří charakteristiku (Characteristic)
nastaví její hodnotu
začne vysílat BLE signál

Díky tomu mohou jiná zařízení ESP32 najít a připojit se k němu.

Testování pomocí telefonu

BLE server lze otestovat pomocí mobilní aplikace.

Jedna z nejpoužívanějších aplikací je nRF Connect.

Postup:

zapnout Bluetooth v telefonu
otevřít aplikaci
spustit skenování zařízení
najít zařízení ESP32_BLE
připojit se

Po připojení lze zobrazit služby a charakteristiky ESP32.

Možná využití BLE s ESP32

Bluetooth Low Energy lze využít v mnoha projektech:

bezdrátové senzory
komunikace se smartphonem
ovládání zařízení přes mobil
přenos dat z IoT zařízení
chytrá domácnost

BLE je velmi populární díky nízké spotřebě energie.

Shrnutí

ESP32 podporuje Bluetooth Low Energy, což umožňuje bezdrátovou komunikaci s nízkou spotřebou energie.

ESP32 Bluetooth Low Energy (BLE) – Arduino IDE