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最近更新于 2025-07-14 07:18

测试环境

VScode： 1.101.2
PlatformIO：Core 6.1.18，Home 3.3.4
Espressif 32：6.11.0（工具链平台）
ESP32-WROOM-32（硬件，支持蓝牙 4.2 经典蓝牙和低功耗蓝牙）

蓝牙调试工具

Android-nRF-Connect（Android手机端）：https://github.com/NordicSemiconductor/Android-nRF-Connect/releases

资料

Core Specification 4.2（核心规范 4.2，下称 Core）：https://www.bluetooth.com/specifications/specs/core-specification-4-2/
Specifications and documents（规范与文档）：https://www.bluetooth.com/specifications/specs/
Assigned Numbers（分配号码）：https://www.bluetooth.com/specifications/assigned-numbers/
GATT Specification Supplement（通用属性配置文件规范补充）：https://www.bluetooth.com/specifications/gss/
Device Properties（设备属性）：https://www.bluetooth.com/specifications/specs/device-properties/

学习实践

信道

共 40 个信道，0、12、39 为广播信道，其它为数据信道

来源：Core Specification 4.2，BLUETOOTH SPECIFICATION Version 4.2 [Vol 6, Part B]，1.4.1 Advertising and Data Channel Indices，

扫描设备

#include "Arduino.h"

#include "BLEDevice.h"
#include "BLEUtils.h"
#include "BLEScan.h"
#include "BLEAdvertisedDevice.h"

int scanTime = 5;  // 扫描持续时间，单位为秒
BLEScan *pBLEScan = nullptr;

class MyAdvertisedDeviceCallbacks : public BLEAdvertisedDeviceCallbacks
{
    void onResult(BLEAdvertisedDevice advertisedDevice)
    {
        Serial.printf("发现的设备：%s \n", advertisedDevice.toString().c_str());
    }
};

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    Serial.println("开始扫描...");

    BLEDevice::init("");
    pBLEScan = BLEDevice::getScan();  // 创建新的扫描对象
    pBLEScan->setAdvertisedDeviceCallbacks(new MyAdvertisedDeviceCallbacks()); // 发现蓝牙设备时执行的操作（回调函数）
    pBLEScan->setActiveScan(true);  // 设置主动扫描（主动扫描会消耗更多电量，但结果返回更快）
    pBLEScan->setInterval(100); // 两次扫描间隔的时间
    pBLEScan->setWindow(99);  // 每次扫描持续的时间（小于或等于 setInterval 的值）
}

void loop()
{
    // 下面代码循环执行
    BLEScanResults foundDevices = pBLEScan->start(scanTime);
    Serial.printf("\n发现设备数量:%d\n", foundDevices.getCount());
    pBLEScan->clearResults();  // 清除扫描结果，释放内存
    delay(2000);
}

服务器

BLE 采用“服务器（从机）-客户端（主机）”的工作模式，BLE 中可以添加多个服务，每个服务中可以添加多个特征值，服务器端设置特征值的读写属性。主机连接到从机，可以读取到特征值，一定条件下也可以修改特征值。
举个例子，比如可以监控心率的手环，手环就是服务器，手机就是客户端。首次使用时，手环广播，手机可以扫描到并进行连接，手环蓝牙提供了一个心率服务，服务中包含了一个心率特征，手环将测量的结果设置到心率特征的值里，手机读取这个值就能获取结果。

自定义 UUID

#include "Arduino.h"

#include "BLEDevice.h"
#include "BLEUtils.h"
#include "BLEServer.h"

// 可使用 https://www.uuidgenerator.net/ 来生成唯一的 UUID
#define SERVICE_UUID "412cf883-c8b3-427f-807c-4ff39fda9c1a"        // 自定义服务的 UUID
#define CHARACTERISTIC_UUID "ab6c95dd-82d4-4529-8b7e-d7d16ed93e5a" // 自定义特征的 UUID

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    Serial.println("开始初始化 BLE！");

    // 初始化 BLE 设备，设置设备名称
    BLEDevice::init("ESP32 BLE 测试");

    // 创建 BLE 服务器
    BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();

    // 创建 BLE 服务，并指定 UUID
    BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);

    // 创建 BLE 特征（characteristic），支持读取和写入权限
    BLECharacteristic *pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
        CHARACTERISTIC_UUID,
        BLECharacteristic::PROPERTY_READ | BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE);

    // 设置特征值
    pCharacteristic->setValue("IYATT-yx BLE Test");

    // 启动服务
    pService->start();

    // 获取 BLE 广播对象
    BLEAdvertising *pAdvertising = BLEDevice::getAdvertising();

    // 添加服务 UUID 到广播包中
    pAdvertising->addServiceUUID(SERVICE_UUID);

    // 设置扫描响应为 true，可以让手机扫描时显示更多设备信息
    pAdvertising->setScanResponse(true);

    // 开始广播
    BLEDevice::startAdvertising();
    Serial.println("特征已定义！现在可以用手机读取它了！");
}

void loop()
{
    delay(2000);
}

上传后测试，nRF Connect 中可以搜到 ESP32 的蓝牙，点击 CONNECT 连接

可以看到有个 Unknown Service（未知服务），UUID 和上面代码设置的一致，点开可以看到有个 Unknown Characteristic（未知特征），UUID 和设置的也是一致的。点击下载图标，可以看到 Value（值）后的文本也是设置的 “IYATT-yx BLE Test”

交互

上面的代码设置了特征为可读写的，点击上传按钮

将发送值类型改为 TEXT (UTF-8)，发送内容为 hello

然后可以看到读取的值也改为了 hello

遵循 Assigned Numbers 的 UUID

可以注意到上面的服务和特征都是未知，因为这是自定义的 UUID，可以使用这个网站生成：https://www.uuidgenerator.net/
同时蓝牙在 Assigned Numbers 中也定义了标准的 UUID，GATT Specification Supplement 中定义了特征值的数据格式。
比如这里查阅 Assigned Numbers 可知心率服务为 0x180D

查 Assigned Numbers 可知心率测量特征为 0x2A37

分别设置进代码里

查 GATT Specification Supplement 可知心率测量的数据格式

代码里设置数据

    // 设置心率值

    // 设置标志
    // 位 0 = 0，使用 uint8 表示心率
    // 位 1 = 1，检测到传感器接触皮肤
    // 位 2 = 1，传感器支持接触检测，若值为 0，则位 1 数据无效
    // 位 3 = 1，包含能量消耗值
    // 位 4 = 1，包含 RR 间期值（相邻两次心跳的间隔）
    // 位 5-7 保留给未来使用，目前无意义
    uint8_t flags = 0b00011110;

    // 相关数据
    uint8_t heartRate8 = 72; // 心率值 72bpm
    uint16_t energyExpended = 120; // 能量消耗 120j
    uint16_t rrInterval[] = {1024, 980}; // 两个心跳间隔值，单位为 1/1024s（0.9765625ms）

    // 构建数据包
    std::string hrmData = "";
    hrmData += (char)flags;
    hrmData += (char)heartRate8;
    // 16位的数据要拆成2个8位数据，且按小端字节序存储
    hrmData += (char)(energyExpended & 0xff);
    hrmData += (char)((energyExpended >> 8) & 0xff);

    for (int i = 0; i < sizeof(rrInterval) / sizeof(rrInterval[0]); ++i)
    {
        hrmData += (char)(rrInterval[i] & 0xff);
        hrmData += (char)((rrInterval[i] >> 8) & 0xff);
    }

    // 设置特征值
    pCharacteristic->setValue(hrmData);

连接测试，可以看到现在不会显示未知服务/特征了，UUID 使用标准值，就可以识别为指定的服务/特征。且数据和代码里一致。其中“Contact is Detected”表示检测到接触

将 flags 里位 1 改为 0，可以看到时没有检测到了

把 flags 里位 2 改为 0，可以看到现在是不支持接触传感器

基于 ESP32-WROOM-32 学习 BLE 低功耗蓝牙 4.2【PlatformIO+Arduino】（编辑中）