Интерфейс Bluetooth:взаимодействие с модулями Bluetooth

Когда большинство людей начинают работать с микроконтроллерами Arduino, они не знают обо всех доступных им модулях расширения и шилдах. Хотя Arduino Uno является одним из самых популярных микроконтроллеров в мире, он не имеет возможности подключения по Bluetooth.

Конечно, вы можете приобрести плату со встроенным Bluetooth, например, Arduino BT или Raspberry Pi 4 со встроенными функциями Bluetooth. Однако эти доски дороже, громоздки и, возможно, менее интересны для ваших проектов. Итак, что вы делаете, когда хотите добавить возможность подключения Bluetooth к микроконтроллеру, у которого его нет?

Ваш лучший вариант — связать его с модулем Bluetooth. Соответственно, это руководство покажет вам, как подключить микроконтроллер к модулю Bluetooth. Это позволит вам подключить микроконтроллер по беспроводной сети к устройствам с поддержкой Bluetooth, таким как смартфоны и компьютеры.

Что такое интерфейс Bluetooth

Датчик Bluetooth, макетная плата и Arduino Uno

Сегодня Bluetooth является одним из самых распространенных стандартов беспроводной связи в мире. Мы используем его для передачи и обмена данными между устройствами. Интерфейс Bluetooth описывает использование или включение устройства Bluetooth. В то время как мы используем такие стандарты, как Wi-Fi для соединений на большие расстояния, мы используем Bluetooth для соединений на короткие расстояния и передачи данных. Однако последний стандарт Bluetooth (5.2) обеспечивает дальность действия до 400 м при скорости передачи данных 2 Мбит/с.

Мы можем ожидать, что будущие версии будут достигать больших расстояний с более высокими пороговыми значениями и пропускной способностью. Тем не менее, каждый раз, когда вы используете свой мобильный телефон для передачи данных или подключения к другому устройству, это, по сути, интерфейс Bluetooth. Опять же, многие микроконтроллеры не имеют встроенных функций Bluetooth. Таким образом, если вы хотите установить с ними интерфейс Bluetooth, вам необходимо расширить их или добавить еще одну плату.

Далее мы покажем вам, как добавить интерфейс Bluetooth к микроконтроллеру с помощью модуля Bluetooth.

Модули Bluetooth и принцип их работы

Модули Bluetooth

Модули Bluetooth позволяют подключать микроконтроллер и одноплатные компьютеры к внешним устройствам. Мы также можем называть их датчиками Bluetooth. Тем не менее, эти устройства необходимы только в том случае, если ваша плата не имеет встроенных возможностей Bluetooth. Наиболее распространенными модулями Bluetooth являются HC-05 и HC-06.

Когда вы покупаете модуль Bluetooth, вы найдете его в виде зеленого прямоугольника на квадратном куске синей разделительной доски. На коммутационной плате модуль Bluetooth снабжен контактами, которые позволяют легко подключить его к макетной плате.

Для простых приложений HC-05 и HC-06 работают одинаково в своих ведомых режимах. Тем не менее, мы предлагаем вам использовать HC-05, поскольку он позволяет переключаться между подчиненным и ведущим режимами. Напротив, HC-06 можно использовать только как ведомое устройство. Таким образом, если вы хотите соединить два проекта Arduino, вам понадобится модуль Bluetooth HC-05, чтобы он мог инициировать соединение Bluetooth и настроить его.

Структура модуля Bluetooth

Если вы посмотрите на заднюю часть модуля Bluetooth, вы найдете метки для распиновки. В большинстве случаев все, о чем вам нужно беспокоиться, — это распиновка блока питания. В основном VCC и земля (GND). Однако помимо этих контактов у нас также есть выводы данных — RXD и TXD.

RXD получает данные, а TXD отправляет данные. Если вы используете HC-05, вы заметите два контакта, которых нет у HC-06. Мы называем эти контакты входом включения (EN) и выводом состояния (STATE). Вы также можете услышать, как люди называют контакт включения ключевым контактом.

При работе с модулями Bluetooth нужно внимательно следить за напряжением питания. Все, что между 3,6 вольт и 6 вольт безопасно. Для выводов данных потребуются цифровые сигналы 3,3 В.

Как связать модуль Bluetooth с вашим проектом Arduino и телефоном

Датчик Bluetooth

Чтобы показать вам, как работает интерфейс Bluetooth, мы включили базовое руководство о том, как подключить ваш проект Arduino к мобильному телефону с помощью модуля Bluetooth.

Необходимые компоненты

• Модуль Bluetooth HC-05 или модуль Bluetooth HC-06
• Макет
• Ардуино Уно
• Резистор 2,2 кОм
• Резистор 5,7 кОм
• Сплошная проволока
• Программное обеспечение Arduino IDE

Инструкции

Настройка оборудования

• Подсоедините провода от контактов 5V и GND на Arduino Uno, подключите их к шинам питания на макетной плате; а затем подайте их на модуль Bluetooth, подключив к контактам VCC и GND.
• Подключите вывод передачи от Arduino Uno к макетной плате, используя резисторы для создания делителя напряжения последовательно с GRAND. Центр должен отводиться и подключаться к контакту RXC. Это связано с тем, что для модуля Bluetooth требуется более низкий уровень напряжения передачи.
• Подключите контакт TXD на HC-05, проложив провод через макетную плату от контакта приема на Arduino Uno.

Если вы правильно выполнили описанные выше шаги по подключению, ваш проект должен выглядеть примерно так:

Arduino Uno подключен к модулю HC-05

Настройка программного обеспечения

Чтобы наш проект работал правильно, нам нужно написать код, который позволит нам прослушивать данные и получать их из источника Bluetooth. Затем мы распечатаем результат обратно на компьютер, используя наш последовательный порт.

Таким образом, мы будем использовать этот проект в качестве приемника Bluetooth для компьютера. Таким образом, мы должны написать скетч для Bluetooth-терминала.

Эскиз терминала Bluetooth 1

Шаг 1

Нам нужно использовать несколько функций и классов из библиотеки Software Serial. Они позволят Arduino общаться через Bluetooth. Таким образом, вы должны включить его в скетч.

Шаг 2

После того, как вы импортировали библиотеку, вам нужно указать, какие последовательные контакты вы используете для отправки и получения данных. В нашем примере выше мы используем контакт 9 для нашего контакта приема (rxPin) и контакт 8 для нашего контакта передачи (txPin).

Шаг 3

Затем создайте объект серийного номера программного обеспечения (SoftwareSerial), используя значения, которые мы определили на предыдущем шаге, в качестве аргументов. В приведенном выше примере мы назвали наш программный последовательный объект BTSerial.

Шаг 4

Затем определите новую функцию с именем setup. Он определяет, какие контакты для ввода и вывода. По умолчанию модуль Bluetooth HC-05 связывается с Arduino на скорости 9600 бод; мы можем изменить это. Однако в нашем примере мы оставили ее такой же, потому что она ближе к точной скорости передачи данных.

Шаг 5

Затем определите две строковые переменные, которые мы будем использовать для сообщений. Наконец, создайте функцию цикла Arduino с циклом while. Мы будем использовать этот цикл для прослушивания любой связи между Arduino и устройствами Bluetooth.

Если Arduino получит какие-либо данные, он распечатает их, используя точку с запятой в качестве конца строки.

Эскиз Bluetooth-терминала 2

После того, как вы написали скетч, вам нужно загрузить его на Arduino. Затем вам нужно подключить телефон к проекту Arduino. Это позволит вашему мобильному телефону связаться с модулем Bluetooth.

Связь с Bluetooth-устройством

Когда вы включаете Arduino с помощью кнопочного переключателя, вы должны заметить мигающий красный индикатор модуля Bluetooth. Это говорит о том, что он находится в режиме сопряжения. Вам нужно зайти в настройки Bluetooth вашего телефона и отсканировать все устройства поблизости.

В разделе «Доступные устройства» вы должны увидеть запись, относящуюся к вашему модулю. Выберите запись и подключите ее к своему телефону. Он запросит у вас код сопряжения. Код сопряжения обычно «1234». Теперь, когда вы подключили устройство, вы можете начать общение с ним. Однако для этого вам понадобится мобильное приложение.

Перейдите в магазин приложений вашего телефона и загрузите приложение последовательного Bluetooth-терминала. Приложению нужен терминал, который позволяет вам вводить сообщения, а затем отправлять их в ваш проект. Кроме того, вы также должны иметь возможность видеть уведомления, которые вы получаете с устройства.

Убедитесь, что приложение, которое вы решите использовать, совместимо с классическим Bluetooth (Bluetooth Classic), иначе оно может не работать с вашим проектом.

После того, как вы загрузили приложение, вернитесь к своему компьютеру, откройте среду разработки Arduino и откройте последовательный монитор для скетча Bluetooth. Убедитесь, что последовательный монитор использует скорость 9600 бод или количество бод, указанное вами ранее.

Вернитесь в приложение терминала Bluetooth на своем телефоне и выберите проект Arduino Bluetooth в качестве устройства. Как только он подключится, вы можете ввести сообщение в терминальное приложение. Убедитесь, что вы добавили точку с запятой (;) в конце сообщения, чтобы обозначить конец сообщения.

Обзор

Если вы правильно выполните описанные выше шаги, вы должны получить вывод, информирующий вас о том, что проект Arduino получил сообщение. Сообщение также должно появиться на экране вашего компьютера через последовательный терминал Arduino IDE. Опять же, это простой проект, который подходит для новичков и начинающих. Как только вы поймете основы, вы сможете заниматься более сложными проектами. Например, вы можете добавить кнопку, встроенный светодиод или двигатель постоянного тока. Вы даже можете использовать его для отправки сообщений по электронной почте. Тем не менее, мы надеемся, что это руководство оказалось для вас полезным. Как всегда, спасибо за чтение.