Все о Bluetooth на Raspberry Pi Pico W

Фонд Raspberry Pi недавно объявил о том, что Поддержка Bluetooth с выходом C/C++ SDK версии 1.5.1 с новым выпуском C/C++ SDK и Micropython на Pico W.

И знаете что! Если у вас есть Pico W, вам не нужно покупать новый.

А если у вас еще нет Pico W, то вы можете приобрести его здесь.

У нас уже есть статья, посвященная Все, что нужно знать о Pico W. Кроме того, если вы начинаете работать с Pico W, вы можете ознакомьтесь с этой статьей.

Но здесь мы расскажем обо всем, что вам нужно знать о Bluetooth на Raspberry Pi Pico W.

Pico W Background

Сначала рассмотрим некоторые технические характеристики Pico W.

Pico W обладает беспроводными возможностями благодаря микросхеме беспроводной связи CYW43439.

Сердцем каждого Pico W является RP2040, который представляет собой первый кремниевый чип Raspberry Pi.

Infineon CYW43439 поддерживает беспроводные локальные сети IEEE 802.11 b/g/n (Wi-Fi) и Bluetooth 5.2. На момент запуска в прошивке и программном обеспечении поддерживался только Wi-Fi.

CYW43439 поддерживает BLE и одну антенну, разделяемую между Wi-Fi и Bluetooth.

Если вы внимательно посмотрите на Pico W, вы заметите антенну на печатной плате в форме треугольника, похожую на антенну Raspberry Pi 4. В Raspberry Pi используется встроенная антенна, лицензированная компанией ABRACON.

Это означает, что дополнительная антенна не требуется. Беспроводной интерфейс подключается через SPI к RP2040.

Сайт официальный технический паспорт также рекомендует для обеспечения наилучшей работы беспроводной сети не размещать под антенной или в непосредственной близости от нее никаких металлических предметов. Однако добавление заземленного металла по бокам антенны может улучшить ее пропускную способность.

Управление встроенным светодиодом осуществляется через вывод WL_GPIO0 микросхемы Infineon 43439. На Pico светодиод был подключен к выводу 25 GPIO.

Кроме того, отладочные контакты SWD были перемещены к центру платы, чтобы освободить место для антенны печатной платы. Вы можете найти их между RP2040 и CYW43439, и порядок слева направо по-прежнему SWCLK, GND, SWDIO.

С помощью Pico W можно программировать на языках C/C++ и MicroPython.

Bluetooth Classic & BLE

Pico W работает как с Bluetooth Classic, так и с Bluetooth Low Energy. Bluetooth Classic и Bluetooth Low Energy (BLE) - это два различных способа взаимодействия устройств в рамках спецификации Bluetooth.

Bluetooth Classic, также известный как Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR), является первоначальной версией Bluetooth. Она была разработана для высокоскоростной передачи данных, потокового аудио и сопряжения устройств. Bluetooth Classic обычно используется в таких приложениях, как беспроводные аудиоколонки, клавиатуры, мыши, а также для передачи файлов между устройствами.

Bluetooth Low Energy (BLE), также известный как Bluetooth Smart, представляет собой энергоэффективный вариант Bluetooth. BLE был представлен как часть спецификации Bluetooth 4.0 и оптимизирован для устройств с низким энергопотреблением, требующих длительного времени автономной работы, таких как фитнес-трекеры, смарт-часы, устройства домашней автоматизации и беспроводные датчики.

Pico W может работать как в качестве центрального, так и периферийного устройства.

Начало работы с Bluetooth на Pico W

Давайте начнем с небольшого проекта, чтобы убедиться, что Bluetooth работает правильно.

Запустим классическую программу для включения бортового светодиода на Pico W, но с использованием Bluetooth.

Для этого вам понадобится Pico W, кабель micro-USB и макетная плата.

ШАГ ПЕРВЫЙ

Прежде всего, необходимо загрузить Идентификация Тонниесли у вас его еще нет.

Thonny - это очень простой способ программирования на MicroPython для Pico W.

Вам также необходимо загрузить данный файл UF2в котором есть поддержка Wi-Fi и BLE. После загрузки удерживайте кнопку BOOTSEL на Pico W и подключите его к компьютеру через USB-порт. Отпустите кнопку BOOTSEL примерно через 3 секунды.

Появится удаленный диск с именем "RPI-RP2". Переместите файл UF2 на этот диск.

После этого диск исчезнет.

ШАГ ДВА

Теперь можно отключить и снова подключить Pico W (на этот раз не удерживайте кнопку BOOTSEL).

Откройте Тонни.

После того как вы открыли Thonny, перейдите в меню Tools > Options > Interpreter и убедитесь, что в качестве интерпретатора выбран Micropython, а в качестве порта - Pico W. Вот пример:

Ваш Pico W может отображаться под другим именем.

После этого нажмите кнопку OK, и все готово.

Теперь скопируйте следующий код и вставьте его в секцию :

from micropython import const
import struct
import bluetooth

_ADV_TYPE_FLAGS = const(0x01)
_ADV_TYPE_NAME = const(0x09)
_ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE = const(0x3)
_ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE = const(0x5)
_ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE = const(0x7)
_ADV_TYPE_UUID16_MORE = const(0x2)
_ADV_TYPE_UUID32_MORE = const(0x4)
_ADV_TYPE_UUID128_MORE = const(0x6)
_ADV_TYPE_APPEARANCE = const(0x19)

def advertising_payload(limited_disc=False, br_edr=False, name=None, services=None, appearance=0):
    payload = bytearray()

    def _append(adv_type, value):
        nonlocal payload
        payload += struct.pack("BB", len(value) + 1, adv_type) + value

    _append(
        _ADV_TYPE_FLAGS,
        struct.pack("B", (0x01 if limited_disc else 0x02) + (0x18 if br_edr else 0x04)),
    )

    if name:
        _append(_ADV_TYPE_NAME, name)

    if services:
        for uuid in services:
            b = bytes(uuid)
            if len(b) == 2:
                _append(_ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE, b)
            elif len(b) == 4:
                _append(_ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE, b)
            elif len(b) == 16:
                _append(_ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE, b)

    if appearance:
        _append(_ADV_TYPE_APPEARANCE, struct.pack("<h", appearance))

    return payload


def decode_field(payload, adv_type):
    i = 0
    result = []
    while i + 1 < len(payload):
        if payload[i + 1] == adv_type:
            result.append(payload[i + 2 : i + payload[i] + 1])
        i += 1 + payload[i]
    return result


def decode_name(payload):
    n = decode_field(payload, _ADV_TYPE_NAME)
    return str(n[0], "utf-8") if n else ""


def decode_services(payload):
    services = []
    for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE):
        services.append(bluetooth.UUID(struct.unpack("<h", u)[0]))
    for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE):
        services.append(bluetooth.UUID(struct.unpack("<d", u)[0]))
    for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE):
        services.append(bluetooth.UUID(u))
    return services


def demo():
    payload = advertising_payload(
        name="micropython",
        services=[bluetooth.UUID(0x181A), bluetooth.UUID("6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E")],
    )
    print(payload)
    print(decode_name(payload))
    print(decode_services(payload))


if __name__ == "__main__":
    demo()

Сохраните этот файл на Raspberry Pi Pico W под именем "ble_advertising.py". Этот файл предназначен для того, чтобы Pico W мог читать и быть прочитанным другими устройствами.

Далее откройте новый файл в Thonny и вставьте в него следующий код:

# PiCockpit.com

import bluetooth
import random
import struct
import time
from machine import Pin
from ble_advertising import advertising_payload

from micropython import const

_IRQ_CENTRAL_CONNECT = const(1)
_IRQ_CENTRAL_DISCONNECT = const(2)
_IRQ_GATTS_WRITE = const(3)

_FLAG_READ = const(0x0002)
_FLAG_WRITE_NO_RESPONSE = const(0x0004)
_FLAG_WRITE = const(0x0008)
_FLAG_NOTIFY = const(0x0010)

_UART_UUID = bluetooth.UUID("6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E")
_UART_TX = (
    bluetooth.UUID("6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"),
    _FLAG_READ | _FLAG_NOTIFY,
)
_UART_RX = (
    bluetooth.UUID("6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"),
    _FLAG_WRITE | _FLAG_WRITE_NO_RESPONSE,
)
_UART_SERVICE = (
    _UART_UUID,
    (_UART_TX, _UART_RX),
)


class BLESimplePeripheral:
    def __init__(self, ble, name="mpy-uart"):
        self._ble = ble
        self._ble.active(True)
        self._ble.irq(self._irq)
        ((self._handle_tx, self._handle_rx),) = self._ble.gatts_register_services((_UART_SERVICE,))
        self._connections = set()
        self._write_callback = None
        self._payload = advertising_payload(name=name, services=[_UART_UUID])
        self._advertise()

    def _irq(self, event, data):
        if event == _IRQ_CENTRAL_CONNECT:
            conn_handle, _, _ = data
            print("New connection", conn_handle)
            self._connections.add(conn_handle)
        elif event == _IRQ_CENTRAL_DISCONNECT:
            conn_handle, _, _ = data
            print("Disconnected", conn_handle)
            self._connections.remove(conn_handle)
            self._advertise()
        elif event == _IRQ_GATTS_WRITE:
            conn_handle, value_handle = data
            value = self._ble.gatts_read(value_handle)
            if value_handle == self._handle_rx and self._write_callback:
                self._write_callback(value)

    def send(self, data):
        for conn_handle in self._connections:
            self._ble.gatts_notify(conn_handle, self._handle_tx, data)

    def is_connected(self):
        return len(self._connections) > 0

    def _advertise(self, interval_us=500000):
        print("Starting advertising")
        self._ble.gap_advertise(interval_us, adv_data=self._payload)

    def on_write(self, callback):
        self._write_callback = callback


def demo():
    led_onboard = Pin("LED", Pin.OUT)
    ble = bluetooth.BLE()
    p = BLESimplePeripheral(ble)

    def on_rx(v):
        print("RX", v)

    p.on_write(on_rx)

    i = 0
    while True:
        if p.is_connected():
            led_onboard.on()
            for _ in range(3):
                data = str(i) + "_"
                print("TX", data)
                p.send(data)
                i += 1
        time.sleep_ms(100)


if __name__ == "__main__":
    demo()

Теперь, как и раньше, сохраните файл на Pico W и на этот раз назовите его "led_peripheral.py". В то время как файл advertising позволяет Pico W взаимодействовать с другими устройствами, файл peripheral позволяет ему функция как периферийное устройство. В данном случае этой функцией будет включение светодиода.

Теперь нажмите кнопку "Run current script" на панели инструментов Thonny.

Как видно на рисунке, консоль выдаст сообщение "Starting advertising". На этом этапе можно установить соединение с Bluetooth-устройством, например с телефоном. Найдите и установите сопряжение с устройством "mpy-uart".

После сопряжения светодиод Pico W загорится, а консоль Thonny начнет отсчет времени:

Поздравляем! Теперь вы убедились, что Bluetooth в Pico W работает, и можете приступать к реализации следующего проекта!

Проекты Pico W Bluetooth

Приступая к реализации своего следующего проекта Pico W, вы можете обратиться к некоторым проектам, выполненным другими пользователями. Поскольку Pico W только что получил официальную поддержку Bluetooth, новые проекты только начинают появляться.

Ниже приведен (растущий) список некоторых из появившихся на данный момент проектов:

1. Pico W Bluetooth Пульт дистанционного управления
2. Pico W Bluetooth Робот
3. Pico W Bluetooth Мышь
4. Pico W Bluetooth Светильники
5. Pico W USB - Bluetooth Аудиоадаптер
6. Pico W Bluetooth PicoDRO (цифровое считывание)

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Можно ли использовать Bluetooth Classic с Pico W?

Безусловно, Pico W поддерживает Bluetooth Classic и BLE!

Можно ли одновременно подключить к Pico W несколько устройств?

Да, Pico W может выступать в качестве центрального устройства и подключаться к нескольким периферийным устройствам Bluetooth одновременно. Кроме того, можно одновременно использовать Bluetooth Classic и BLE. Таким образом, можно создавать сверхсложные системы, в которых Pico W взаимодействует с множеством датчиков или управляет несколькими устройствами одновременно.

Какова дальность действия Bluetooth в Pico W?

Обычно до 30 м (98 футов) на открытом пространстве. Однако дальность действия может изменяться в зависимости от факторов окружающей среды, таких как препятствия, помехи и уровень сигнала.

Можно ли использовать Pico W в качестве периферийного устройства Bluetooth?

Pico W может функционировать как центральное или периферийное устройство. Таким образом, он позволяет подключать к себе другие центральные устройства Bluetooth (например, смартфоны, планшеты или компьютеры). Все это прекрасно сочетается с PiCockpit, кстати!

Как запрограммировать функцию Bluetooth на Pico W?

Для программирования функций Bluetooth на Pico W можно использовать Raspberry Pi Pico SDK версии 1.5.1. SDK содержит библиотеки и примеры, специально предназначенные для разработки Bluetooth. Он позволяет реализовать сервисы, характеристики и протоколы связи Bluetooth.

Каковы требования к питанию Bluetooth в Pico W?

Bluetooth разработан с учетом требований энергоэффективности. Поэтому в периоды простоя Pico W потребляет минимальное количество энергии, и вы можете дополнительно оптимизировать свой код, используя такие приемы, как спящий режим и состояние низкого энергопотребления. Конкретные требования к энергопотреблению, разумеется, зависят от приложения и сценария использования.