DFROBOT TEL0149 Gravity: BLE 传感器信标使用教程

简介

Gravity: BLE 传感器信标，是一款通过蓝牙广播传感器数据的无线信标，内置11位ADC采集功能，可连接数字量或模拟量传感器进行数据采集和广播。使用手机、ESP32等支持BLE接收的设备，均可在信标广播范围内获取信标广播的传感器数据。

Gravity: BLE 传感器信标集成低功耗蓝牙5.3技术，数据格式可自行配置，如iBeacon、Eddystone、用户自定义等。信标广播的数据格式、广播的内容、广播的时间间隔等等都可以通过图形化界面自行配置，无需任何代码编程即可完成一个蓝牙信标。配置完成后，设备供电即作为一个蓝牙信标运行，会按照配置信息自动采集传感器数据并向外界广播。适合作为物联网传感器节点，如智能农场、办公室、工厂、仓库等场景中的数据采集节点。

注：Gravity: BLE传感器信标需要使用3.3V USB-TTL工具进行配置。

产品参数

工作电压： 3.3～5.5V DC
信标工作电流：<2mA @ Eddystone TLM
支持传感器：3.3V数值/模拟量传感器
输入信号：数字/模拟量
工作频段：2.4GHz ISM
调制方式：GFSK
发射功率：+5.0dBm
电路板尺寸：27mm*33.5mm
安装孔尺寸：内径3.1mm/外径6mm

引脚说明

标号	名称	功能描述
1	电源输入端	3.3-5.5V DC电源输入
2	烧录/调试端	用于模块调试和烧录
3	传感器信号输入端	"A": 传感器信号输入 "-": 传感器GND "+":传感器供电
4	传感器VCC选择端	短接：传感器供电方式为3.3V持续供电断开（默认）：传感器供电方式可设置为仅广播时供电

快速使用教程

以自定义数据格式为例，通过手机app和ESP32获取传感器数据。

一、软硬件准备

硬件
- TEL0149 Gravity: 传感器信标x1
- 3.3V USB-TTL工具 x1
- Gravity:模拟LM35线性温度传感器 x1 或其他模拟量传感器
- Windows/Linux/Mac OS 电脑 x1
- ESP32
软件
- 手机APP推荐使用：nRF Connect (iOS, Android), LightBlue (iOS), BLE Hero (iOS)
  - nRF Connect安卓安装包
- 信标配置软件：NanoBeaconConfigTool_V3.2.11
- Arduino IDE&ESP32环境：FireBeetle_ESP32_E 首次使用教程

二、配置传感器信标

*注：模块仅能烧录一次，在未确定配置信息前不要直接点击"Burn/Program"进行烧录。可通过"Run inRAM"进行测试，在烧录前"Run in RAM"可无限次使用，断电后系统复位。

1.下载NanoBeaconConfigTool_V3.2.11，运行NanoBeaconConfig.exe
2.Advertising

Gravity: BLE 传感器信标可设置三个广播通道，勾选Enable即可开启对应广播通道，默认开启一个，Edit进入配置页面
3.Advertising Set#1 - Edit - Avdertising Data

可设置iBeacon、Eddystone、Custom三种数据格式，教程中将主要使用Custom
4.Advertising Set#1 - Edit - Avdertising Data - Custom Settings

勾选“Device Name”，输入“Gravity: Sensor Beacon”，名字可任意起一个，手机和ESP32扫描时可直接根据名字筛选

勾选“Manufacturer Specific Data”，点击“EDIT”配置数据
5.Advertising Set#1 - Edit - Avdertising Data - Custom Settings - EDIT

此处只配置一条模拟量的数据，下拉框选择“ADC CH1”，勾选：“Big Endian”，点击“Append to Data”，即可在窗口中看到“0x<ADC CH1 2byte 1 0>”，点击OK退出
**6.Advertising Set#1 - Edit - Avdertising Parameters **

此处设置广播间隔时间和地址，根据需要修改即可，完成后OK退出，至此广播数据格式配置完毕，模块将以1S/次广播数据
7.ADC

接下来进行ADC相关配置，Gravity: BLE 传感器信标使用IO5进行模拟量采集，因此在ADC界面中Enable "ADC Channel 1 MPGIO 5"，并点击Edit进行配置
8.ADC - ADC Channel 1 MPGIO 5 - Edit

将Unit修改为0.001便于计算，对精度影响不大，若对精度有极高要求可不做修改。由于电路中对模拟量输入做了分压处理（2.06），因此将分压后的电压值进行重新映射

Value of 1.4V 修改为 2.898

Value of 0.4V 修改为 0.828

至此，完成ADC采集相关配置，此时信标广播的数据将为“传感器信号输入端”的电压值，单位mv
9.GPIO

由于MGPIO 5作为ADC输入端，需将其配置为“disable”

MGPIO6 将作为传感器的供电端，将其配置为“output high” “pull up” “latch”，使MGPIO6 锁定输出高电平3.3V，用于为传感器供电。
10.晶振电容匹配

NanoBeaconConfig Tool中可以通过设置来匹配晶振电容，结合我们的电路，为了使频偏保持在最佳状态，我们建议您将以下两处参数修改为12。
11.检查配置

软件左下角可看到我们开启了Set #1、ADC Channel 1、MGPIO5、MGPIO6
12.连接模块与PC

按照接线图进行硬件连接

13.连接模块与PC

在软件右上角点击“Probe”刷新端口，刷新后选择对应端口，点击“Connect”，连接成功后会有弹窗提示
14.运行测试

点击“Run in RAM”，完成后会有弹窗提示

*注：模块仅能烧录一次，在未确定配置信息前不要直接点击"Burn/Program"进行烧录。可通过"Run inRAM"进行测试，在烧录前"Run in RAM"可无限次使用，断电后系统复位。

三、手机app获取数据

1.以安卓手机为例，安装并打开nRF Connect.apk
2.若周边有太多其他信标设备，导致找不到我们的设备，则可以在筛选器中输入信标的设备名称，在配置传感器信标第4步的教程中，我们为Device Name命名为“Gravity: Sensor Beacon”

3.可以看到菜单中只保留了“Gravity: Sensor Beacon”，点击一下可看到详细信息

4.数据解释

“Gravity: Sensor Beacon”为配置传感器信标第4步中设置的Device Name

"06:05:04:03:02:01"为配置传感器信标第6步中设置的地址

“0X00E3”为配置传感器信标第5步中设置的ADC采集数据
5.传感器数据计算

当前已知信标采集到的传感器数据为“0X00E3”，将其转换为十进制为227，即信标采集到的电压值为227mv

我们所连接的传感器是LM35，通过查询LM35的wiki可知，LM35输出电压和温度对应关系为10mV/℃，即信标广播的LM35温度传感器数据为22.7℃

四、ESP32获取数据

准备好Arduino IDE&ESP32环境：FireBeetle_ESP32_E 首次使用教程
为ESP32烧录以下程序

/*
   Based on Neil Kolban example for IDF: https://github.com/nkolban/esp32-snippets/blob/master/cpp_utils/tests/BLE%20Tests/SampleScan.cpp
   Ported to Arduino ESP32 by Evandro Copercini
   Changed to a beacon scanner to report iBeacon, EddystoneURL and EddystoneTLM beacons by beegee-tokyo
*/

#include <Arduino.h>
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLEScan.h>
#include <BLEAdvertisedDevice.h>
#include <BLEEddystoneURL.h>
#include <BLEEddystoneTLM.h>
#include <BLEBeacon.h>
#define ENDIAN_CHANGE_U16(x) ((((x)&0xFF00) >> 8) + (((x)&0xFF) << 8))

float Sensor_Data;
int scanTime = 5; //In seconds
BLEScan *pBLEScan;

class MyAdvertisedDeviceCallbacks : public BLEAdvertisedDeviceCallbacks
{
    void onResult(BLEAdvertisedDevice advertisedDevice)
    {
      if (advertisedDevice.haveName())
      {
        if(String(advertisedDevice.getName().c_str()) == "Gravity: Sensor Beacon"){
          Serial.print("Device name: ");
          Serial.println(advertisedDevice.getName().c_str());
          std::string strManufacturerData = advertisedDevice.getManufacturerData();
          uint8_t cManufacturerData[100];
          strManufacturerData.copy((char *)cManufacturerData, strManufacturerData.length(), 0);
          Serial.printf("strManufacturerData: %d ", strManufacturerData.length());
            for (int i = 0; i < strManufacturerData.length(); i++)
            {
              Serial.printf("[%X]", cManufacturerData[i]);
            }
            Sensor_Data = int(cManufacturerData[2]<<8 | cManufacturerData[3]);
            Serial.println();
            Serial.print("Voltage:");Serial.print(int(Sensor_Data));Serial.println("mV");   
            Serial.print("Temp_LM35:");Serial.print(Sensor_Data/10);Serial.println("℃");      
            Serial.println("------------------");       
        }        
      }
    }
};
void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("Scanning...");

  BLEDevice::init("");
  pBLEScan = BLEDevice::getScan(); //create new scan
  pBLEScan->setAdvertisedDeviceCallbacks(new MyAdvertisedDeviceCallbacks());
  pBLEScan->setActiveScan(true); //active scan uses more power, but get results faster
  pBLEScan->setInterval(100);
  pBLEScan->setWindow(99); // less or equal setInterval value
}
void loop()
{
  // put your main code here, to run repeatedly:
  BLEScanResults foundDevices = pBLEScan->start(scanTime, false);
  pBLEScan->clearResults(); // delete results fromBLEScan buffer to release memory
  delay(2000);
}

此程序是根据ESP32自带的BLE_Beacon_Scanner修改得到，根据需要可自行修改。

五、确认数据并烧录

*注：模块仅能烧录一次，若仅为了测试功能可跳过此步
以上的数据格式是以自定义格式进行广播，意在使大家能够快速使用，其他格式请根据自己的需要参考软件规格书自行配置。
确认数据无误后即可将数据格式烧录固化到芯片中。
点击右下角的“Burn/Program”按钮烧录程序，烧录成功后会有烧录成功的弹窗提示。
烧录完毕后，可断开模块与烧录器的连接，使用电池为模块供电。

高级应用

一、广播Eddystone TLM数据

Eddystone TLM的数据内自带温度数据，此时温度数据有信标芯片内部的温度传感器提供，会受到芯片本身的发热影响。

配置Eddystone TLM时仅需要在“Advertising Data Format”中选择“Eddystone ”，然后在“Eddystone -Settings”中选择“TLM Frame”即可，广播间隔、地址等可全部保持默认，也可根据需要自行配置。

二、高功耗传感器供电

因使用MGPIO6作为电源输出时，MGPIO6的带载能力弱（4mA），一些功耗较高的传感器可能无法驱动，因此我们在Gravity: BLE传感器信标板子的背面做了跳线焊盘，将焊盘短接后，传感器的电源将由板载的LDO提供，3.3V电压会更加稳定且带载能力更强

三、动态电源控制

若要做动态电源控制，即广播时为传感器供电，广播结束后停止为传感器供电，则将MGPIO6 设为“wakeup high, sleep low” Latch设为“disable”。

样例配置文件可直接下载后直接加载：DynamicPower.zip

四、长间隔防丢包

当广播间隔设为10S/次甚至更久时，若接收端接收失败，那就要等待10S后信标下一次广播，且下一次广播时仍有接收失败风险。这种情况下，为防止接收端接收失败，可在间隔时间到达时进行多次广播。

具体实现方法为：

将信标芯片的动态电源控制端SW0使能，SW0的作用为每次启动广播时输出高电平
使能两个广播通道，一个设置为周期广播20S/次，另一个设置为触发广播广播周期200ms/次，两个广播通道需设置相同的数据格式
周期广播不再赘述，在触发广播中勾选MGPIO6，因为在硬件电路中MGPIO6与SW0相连，通过MGPIO6检测SW0的电平跳变，每检测到一次SW0的电平跳变就广播6次数据（触发广播模式中，默认会将设置的次数广播完才会重新进入检测状态）
MGPIO6设置为输入模式，启动边沿检测
在Advanced页面中需要输入一条指令“register write: 0 1 3 32e8 0”，将防抖功能关闭
完成以上操作后可通过Run in RAM进行测试。以上配置文件可直接下载后直接加载：trigger.zip

NanoBeacon Config Tool使用说明

关于NanoBeacon Config Tool更多用法，可查看软件的用户指南：NanoBeacon Config Tool User Guide EN.pdf
用户指南中使用的是“Beacon development kit”，在使用Gravity: BLE 传感器信标时，直接使用3.3V USB-TTL工具即可：

常见问题

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