将ESP32蓝牙低功耗连接到健身手环以触发灯泡的方法

一进入家门就自动开灯，离开时又关掉灯，这是多么酷啊！是的，一个简单的应用程序可以为您做到这一点。在这个项目中，我们将 ESP32 用作 BLE 客户端，将健身手环用作 BLE 服务器，因此，每当佩戴健身手环的人进入 ESP32 蓝牙范围内时，ESP32 都会检测到它并打开灯。任何具有 BLE 服务器功能的蓝牙设备都可以用作触发设备，以使用 ESP32 控制任何家用电器。

我们将对 ESP32 进行编程，使其充当 BLE 客户端，并不断扫描 BLE 设备;如果我们在范围内找到健身带，我们将尝试连接到它，如果连接成功，我们可以通过切换ESP32上的一个GPIO引脚来触发灯泡。该方法是可靠的，因为每个BLE服务器（健身带）将具有唯一的硬件ID，因此没有两个BLE服务器设备是相同的。有趣的对吧?!!!现在，让我们开始构建：

所需材料

ESP32 开发板

交流负载（灯）

继电器模块

硬件

这个 ESP32 BLE 客户端项目的硬件非常简单，因为大多数魔术都发生在代码内部。ESP32 必须在发现或丢失蓝牙信号时切换交流灯（负载）。要切换此负载，我们将使用继电器，由于 ESP32 的 GPIO 引脚仅兼容 3.3V，我们需要一个可以用 3.3V 驱动的继电器模块。只需检查继电器模块中使用的晶体管，如果它是BC548，你就可以按照下面的电路图建立自己的电路。

警告：该电路直接处理220V交流电源电压。小心带电电线，并确保不会产生短路。你已被警告。

使用BC548而不是BC547或2N2222的原因是它们具有低基极发射极电压，仅可在3.3V下触发。这里使用的继电器是5V继电器，因此我们使用Vin引脚为其供电，该引脚从电源线中获得5V。接地引脚连接到电路的接地。电阻 R1 1K 用作基极电流限制器电阻。相线连接到继电器的NO引脚，继电器的共引脚连接到负载，负载的另一端连接到中性线。您可以交换相位和中性的位置，但请注意不要直接做空它们。电流应始终通过负载（灯泡）。我使用了一个继电器模块来保持简单，这里的负载是焦点LED灯。我的设置如下所示

如果您现在想跳过硬件，可以使用 GPIO 2 引脚而不是 GPIO 13 引脚来切换 ESP32 上的板载 LED。建议初学者使用此方法。

获取服务器的蓝牙地址（健身手环的地址）

如前所述，我们将对 ESP32 进行编程，使其充当客户端（类似于电话）并连接到我的健身手环（联想 HW-01）的服务器。对于连接到服务器的客户端，它必须知道服务器的蓝牙地址。每个蓝牙服务器，就像我的健身手环一样，都有自己独特的蓝牙地址，这是永久性的。您可以将此与笔记本电脑或手机的 MAC 地址相关联。

为了从服务器中获取此地址，我们使用称为nRF的应用程序从北欧半导体连接，我们已经在上一个教程中使用过。它免费提供给IOS和安卓用户。只需下载，启动应用程序并扫描附近的蓝牙设备。该应用程序将列出它找到的所有BLE设备。我的命名为HW-01，只需查看其名称下方，您就会发现服务器的硬件地址，如下所示。

所以我的健身手环的 ESP32 BLE 硬件地址是 C7：F0：69：F0：68：81，您将拥有一组相同格式的不同数字。只需记下它，因为我们在编程ESP32时需要它。

获取服务器的服务和特征 UUID

好的，现在我们已经使用BLE地址标识了我们的服务器，但是为了与之通信，我们需要说服务语言和特征，如果您阅读了上一个教程，您将理解这一点。在本教程中，我将使用我的服务器的写入特征（健身带）与它配对。因此，为了与设备配对，我们需要服务广告特征UUID，我们可以使用相同的应用程序再次获得它。

只需单击应用程序上的“连接”按钮并搜索一些写入特征，应用程序将显示服务 UUID 和特征 UUID。我的如下所示

在这里，我的服务 UUID 和特征 UUID 是相同的，但它不必相同。记下服务器的 UUID。我的被记录下来

Service UUID:

 0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb

Characteristic

 UUID: 0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb

使用写入特性不是强制性的;您可以使用应用程序中显示的服务器的任何有效服务和特征 UUID。

对 ESP32 进行编程，使其充当邻近感应开关应用的客户端

该程序的理念是使 ESP32 充当客户端，在找到我们的服务器（健身带）时不断扫描蓝牙设备，验证硬件 ID，并通过 GPIO 引脚 13 切换指示灯。好吧!!,但有一个问题。所有BLE服务器的射程均为10米，这有点太多了。因此，如果我们试图使接近开关打开打开一扇门的灯，这个范围非常高。

要缩小BLE服务器的范围，我们可以使用配对选项。仅当 BLE 服务器和客户端的距离在 3-4 米以内时，两者才会保持配对状态。这非常适合我们的应用。因此，我们制造 ESP32 不仅是为了发现 BLE 服务器，也是为了连接到它并确保它是否保持配对状态。 本页末尾提供了完整的 ESP32 BLE 示例程序来执行相同的操作。下面，我将代码分解成小片段并尝试解释它们。

在包含头文件后，我们通知 ESP32 我们通过 nRF 连接应用程序获得的 BLE 地址、服务和特征 UUID，如上面的标题中所述。代码如下所示

static BLEUUID serviceUUID("0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb"); //Service UUID of fitnessband obtained through nRF connect application

static BLEUUID    charUUID("0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb"); //Characteristic  UUID of fitnessband obtained through nRF connect application

String My_BLE_Address = "c7:f0:69:f0:68:81"; //Hardware Bluetooth MAC of my fitnessband, will vary for every band obtained through nRF connect application  

其次，在程序中，我们有连接到服务器和我的广告服务回拨，我们稍后将返回。然后在设置函数内部，我们初始化串行监视器，并使ESP上的BLE扫描设备。扫描完成后，发现每个BLE设备，就会调用“我的广告设备”回调功能。

我们还支持主动扫描，因为我们使用主电源为 ESP32 供电，对于电池应用，它已关闭以降低电流消耗。继电器触发引脚在我们的硬件中连接到GPIO 13，因此我们也声明GPIO引脚13为输出。

void setup() {

    Serial.begin(115200); //Start serial monitor

    Serial.println("ESP32 BLE Server program"); //Intro message

    BLEDevice::init("");

    pBLEScan = BLEDevice::getScan(); //create new scan

    pBLEScan->setAdvertisedDeviceCallbacks(new MyAdvertisedDeviceCallbacks()); //Call the class that is defined above

    pBLEScan->setActiveScan(true); //active scan uses more power, but get results faster

    pinMode (13,OUTPUT); //Declare the in-built LED pin as output

}

在“我的广告设备回调”功能中，我们打印行将列出发现的BLE设备的名称和其他信息。我们需要发现的BLE设备的硬件ID，以便我们可以将其与所需的设备进行比较。因此，我们使用变量Server_BLE_Address来获取设备的地址，然后将其从BLE地址类型转换为字符串。

class MyAdvertisedDeviceCallbacks: public BLEAdvertisedDeviceCallbacks

{

    void onResult(BLEAdvertisedDevice advertisedDevice) {

      Serial.printf("Scan Result: %s n", advertisedDevice.toString().c_str());

      Server_BLE_Address = new BLEAddress(advertisedDevice.getAddress());

      Scaned_BLE_Address = Server_BLE_Address->toString().c_str();

    }

};

在循环函数中，我们扫描 3 秒钟，并将结果放在发现的设备中，这是来自 BLEScanResults 的对象。如果我们通过扫描找到一个或多个设备，我们将开始检查发现的BLE地址是否与我们在程序中输入的地址匹配。如果匹配是正数，并且设备未提前配对，我们尝试使用 connectToserver 函数对其进行配对。我们还使用了一些串行语句来理解目的。

  while (foundDevices.getCount() >= 1)

  {

    if (Scaned_BLE_Address == My_BLE_Address && paired == false)

    {

      Serial.println("Found Device :-)... connecting to Server as client");

       if (connectToserver(*Server_BLE_Address))

      {

在连接服务器功能中，我们使用 UUID 与 BLE 服务器（健身带）配对。要连接服务器，ESP32 必须充当客户端，因此我们使用 createClient（） 函数创建一个客户端，然后连接到 BLE 服务器的地址。然后，我们使用 UUID 值搜索服务和特征，并尝试连接到它。当连接成功时，该函数返回 true，如果不是，则返回 false。请注意，使用服务和特征 UUID 与服务器配对并不是强制性的，它只是为了便于您理解。

bool connectToserver (BLEAddress pAddress){

    BLEClient*  pClient  = BLEDevice::createClient();

    Serial.println(" - Created client");

    // Connect to the BLE Server.

    pClient->connect(pAddress);

    Serial.println(" - Connected to fitnessband");

    // Obtain a reference to the service we are after in the remote BLE server.

    BLERemoteService* pRemoteService = pClient->getService(serviceUUID);

    if (pRemoteService != nullptr)

    {

      Serial.println(" - Found our service");

      return true;

    }

    else

    return false;

    // Obtain a reference to the characteristic in the service of the remote BLE server.

    pRemoteCharacteristic = pRemoteService->getCharacteristic(charUUID);

    if (pRemoteCharacteristic != nullptr)

      Serial.println(" - Found our characteristic");

      return true;

}

如果连接成功，则GPIO引脚13变高，并使用中断语句将控件发送到环路之外。配对的布尔变量也设置为 true。

       if (connectToserver(*Server_BLE_Address))

      {

      paired = true;

      Serial.println("********************LED turned ON************************");

      digitalWrite (13,HIGH);

      break;

      }

配对成功并打开GPIO引脚后，我们必须检查设备是否仍在范围内。由于现在设备已配对，因此BLE扫描服务将无法再看到它。只有当用户离开该区域时，我们才会再次找到它。因此，我们只需要扫描BLE服务器，如果我们发现，则必须将GPIO引脚设置为低电平，如下所示

    if (Scaned_BLE_Address == My_BLE_Address && paired == true)

    {

      Serial.println("Our device went out of range");

      paired = false;

      Serial.println("********************LED OOOFFFFF************************");

      digitalWrite (13,LOW);

      ESP.restart();

      break;

    }

工作和测试

完成程序和硬件设置后，只需将代码上传到 ESP32 并按如下所示安排整个设置即可。

您应该注意到，一旦健身手环（服务器）与 ESP32 配对，灯就会被打开。您也可以通过注意健身手环上的连接蓝牙符号来检查这一点。配对后，只需尝试离开 ESP32，当您越过 3-4 米时，您会注意到手表上的蓝牙符号消失，连接丢失。现在，如果你看一下灯，它将被关闭。当您走回设备时，设备会再次配对并打开指示灯。