BUDOWA BEZPRZEWODOWEGO CZUJNIKA BLUETOOTH W OPARCIU O MODUŁ ARDUINO

Budowa bezprzewodowego czujnika Bluetooth w oparciu o moduł Arduino
Marek Żyliński

Celem tego skryptu jest przedstawienie ogólnej koncepcji urządzenia pomiarowego komunikującego się za pomocą interfejsu Bluetooth. Wzorzec może zostać wykorzystany przy tworzeniu urządzeń wearables lub systemów automatyki, takich jak inteligentny dom lub urządzeń Internetu rzeczy (IoT), gdzie różnego rodzaju czujniki wymieniają informacje, tworzą sieć.
W ramach ćwiczeń, poznamy kolejne zagadnienia konieczne do realizacji tego typu urządzenia. Rozpoczniemy od typów danych, wykorzystywanych przy programowaniu mikrokontrolerów, oraz konwersji pomiędzy nimi, następnie przedstawiona zostanie komunikacja za pomocą interfejsu I2C z wybranym czujnikiem cyfrowym, by w kolejnym kroku zapoznać się z komunikacją za pomocą interfejsu Bluetooth. Ostatecznie można wykorzystać omawiany wzorzec we własnym projekcie realizowanym w ramach przedmiotu, np. stacji pogodowej lub monitorze lotu rakiety. W przyszłości nabyte umiejętności można wykorzystać w ramach pracy dyplomowej lub w pracy przy nowych urządzeniach.

Spis treści
1. Wstęp – jaki jest cel tych ćwiczeń? 7
Co może powstać na bazie przedstawionego wzorca? 11
Bibliografia 12
2. Początek – Arduino – nRF52840 – pierwsze kroki… 15
Wstęp 15
Hardware 15
Software – Arduino IDE 18
Pierwsze kroki z Arduino – ćwiczenia na początek 24
Ćwiczenie – instrukcja wprowadzająca – krok po kroku 24
Obsługa portów wejścia/wyjścia. 25
Obsługa portu szeregowego 26
Wykorzystanie portu szeregowego do debugowania programu 28
Zadania do wykonania w ramach ćwiczenia 29
Dodatkowe materiały 29
3. Typy danych stosowane w środowisku Arduino i standardzie Bluetooth 31
Wstęp 31
Typy danych Arduino 31
Typy danych wykorzystywane w ramach Bluetooth Low Energy 33
Operacje bitowe 35
Unie 36
Ćwiczenie 37
Zadanie do samodzielnego wykonania 41
Dodatkowe materiały 41
4. Obsługa zewnętrznych czujników cyfrowych z interfejsem I 2 C. 43
Wstęp 43
Hardware – czujniki na płytce 43
Spis treści
6
I 2 C – interfejs do komunikacji z czujnikami 44
Obsługa I 2 C w Arduino – klasa Wire 48
Odczyt temperatury za pomocą czujnika LIS3MDL 50
Ćwiczenie – komunikacja z czujnikiem krok po kroku 52
Funkcje do zapisu i odczytu rejestrów po I 2 C 53
Zadania do wykonania w ramach ćwiczenia 56
Dodatkowe materiały 57
5. Bluetooth Low Energy – advertising 59
Wstęp 59
Bluetooth Low Energy – zarys 59
BLE Advertising – rozgłaszanie 61
Biblioteka – Bluefruit 63
Aplikacja – nRF Connect 66
Ćwiczenie – realizacja prostego czujnika temperatury BLE 67
Zadania do samodzielnego wykonania w ramach ćwiczenia 69
Dodatkowe materiały 70
6. Bluetooth Low Energy – przykłady zastosowania usługi rozgłaszania (advertising) 71
Lokalizacja rzeczy 71
Nawigacja w pomieszczeniach. 72
Wykrywanie kontaktów między użytkownikami 72
7. Bluetooth Low Energy – połączenie – serwisy 75
Wstęp 75
Generic Attribute Profile (GATT) 75
Pisanie programu – obsługa serwera GATT 80
Połączenie z urządzeniem 80
Zadania do samodzielnego wykonania 88
Dodatkowe materiały 90
8. Przykładowe projekty urządzeń z wykorzystaniem BLE 91
Cel projektu 91
Instrukcja obsługi 92
Serwer GATT 91
Kod programu. 92
Dodatki 95
1. Timer 95
2. Obsługa RGB NeoPixel LED 100