U-BLOX NINA B112/B302 - Aprendendo como fazer o Bluetooth se conectar de maneira fácil

U-BLOX NINA B112/B302 - Aprendendo como o Bluetooth se conecta de maneira fácil

O objetivo deste BLOG é demonstrar como é possível utilizar o U-BLOX NINA B302 como um DEVICE para uso de Bluetooth BLE através de comandos enviados pela UART.

Permita seu microcontrolador  se conectar no BLE de forma muito fácil!

Útil para aprender como o Bluetooth como funciona, utilizando o BREAKOUT para U-BLOX NINA B112 e U-BLOX NINA B302.

Você pode conectar o U-BLOX NINA B302 na USB do PC e criar uma aplicação e criar uma aplicação para conversar com ele via COMM ou LINUX via TTY.

SOBRE BLE (RESUMO)

Esta é uma breve introdução ao BLE e não chega perto de toda a história.

O BLE não é uma atualização para o Bluetooth Classic, é um sistema diferente com diferentes usos pretendidos. O BLE funciona de uma maneira muito diferente do Bluetooth anterior. O BLE foi projetado para aplicações de baixa energia e consegue isso usando pacotes de dados pequenos e pouco frequentes. Na verdade, ele não foi projetado para conexões contínuas e grandes quantidades de dados. Para isso, o Bluetooth Classic é uma escolha melhor. Em essência, o BLE atinge seu baixo consumo de energia por não estar conectado com muita frequência, ao contrário do Bluetooth Classic, que mantém uma conexão constante.

Existem duas maneiras pelas quais os dispositivos BLE podem se comunicar; Emissora + Observadora e Central + Periférica.

Com o Broadcaster + Observer, não há uma conexão padrão, o Broadcaster, geralmente algum tipo de sensor, envia sinais periódicos (pacotes de publicidade) que o Observer escuta. O radiodifusor normalmente não sabe se algo está escutando ou não.

O cenário Central + Periférico é mais parecido (mas não exatamente o mesmo) que a conexão clássica. Quando o dispositivo central (mestre) encontra um dispositivo periférico (escravo) ao qual deseja se conectar, inicia uma conexão e assume a função principal de gerenciar a conexão e os tempos.

Como o Bluetooth Classic pressupõe que você usará uma única conexão, a conexão será estabelecida por um tempo e não precisará ser particularmente rápida na conexão. O BLE, por outro lado, foi projetado para fazer muitas conexões de curto prazo e, portanto, foi projetado para conectar e desconectar muito rapidamente.

BLE é tudo sobre serviços e características. Um serviço é uma coleção de características relacionadas e uma característica é onde os dados estão. Em um dispositivo BLE típico, você pode ter um serviço que contém características relacionadas às propriedades dos módulos, como; o nome do fabricante, o nome do dispositivo, o ID do firmware e / ou o número da versão. Também pode ter um segundo serviço que agrupa as características que mantêm os dados reais. Podem ser coisas como temperatura, umidade, brilho. Isso significa que, para usar o BLE, você geralmente precisa conhecer as características que deseja usar (mais especificamente os UUIDs para as características).

Com o BLE, os valores dessas propriedades estão disponíveis o tempo todo. Se você quiser saber o nome do fabricante, leia a válvula na característica do nome do fabricante. Se você quiser saber a temperatura, leia o valor da característica de temperatura. Isso é muito diferente de como o Bluetooth clássico funciona. Com o Bluetooth clássico, você tem apenas um canal de comunicação e todos os dados são enviados por um canal.

Cada serviço e característica possui um identificador exclusivo chamado UUID. Este é basicamente um número de 24 bits.

Interface de linha de comando interativa BLE

Este tutorial de exemplo da Nordic é um programa de amostra para ajudar o engenheiro a aprender sobre a prática de Bluetooth.

A seguir estão algumas documentações sobre este exemplo para praticar.

https://www.taterli.com/nrf5/nrf5/ble_sdk_app_interactive.html

O que você precisa?

Baixar o SDK da NORDIC

nRF5 SDK downloads - nordicsemi.com

SEGGER STUDIO e consequentemente um gravador J-LINK SEGGER, ou gere o HEX e grave a APP e SOFTDEVICE (já incluso) com seu gravador preferido.

SEGGER - The Embedded Experts - Downloads - Embedded Studio

Você precisará de pelo menos duas placas de desenvolvimento para brincar com o anúncio, procurando dispositivos Bluetooth e conexão.

O código fonte e *.hex fornecidos pela Nordic são para U-BLOX NINA B302 e U-BLOX NINA B112, pois são os core NRF52832 e NRF52840.

O exemplo usado é

C:\SDK16\examples\ble_central_and_peripheral\experimental\ble_app_interactive

Para o U-BLOX NINA B112, altere

C:\SDK16\components\boards

pca10040.h para 

#define RX_PIN_NUMBER  5
#define TX_PIN_NUMBER  6  

bem como os LEDS

#define LED_1          8
#define LED_2          11
#define LED_3          12
#define LED_4          23

(Pinos do módulo 1,2,3,4)

(para ser compatível com U-BLOX NINA B112)

(no U-BLOX NINA B302 será via USB)

#define LED_1          13
#define LED_2          14
#define LED_3          15
#define LED_4          16

(Pinos do módulo 1,2,3,4)

Grave ambas as placas com o mesmo firmware.

Como transferir o programa para o seu U-BLOX NINA B302 ?

Montamos então uma placa com U-BLOX NINA B302 conforme figura abaixo:

O esquema elétrico é este

Algumas características do Kit

-Botão de RESET;
-Botão de BOOTLOADER (W102/W106);
-Plugável no PROTOBOARD;
-Acesso às várias GPIOS.

Pequena 
72mmX21mm
Muito fácil de utilizar.

Use o gravador SEGGER JLINK para gravar o BREAKOUT com módulo U-BLOX NINA B112 e U-BLOX NINA B302, conecte nos pinos do SWCLK (pino 7) e SWDIO (pino 9) do SEGGER JLINK nos pinos  SWDCLK e SWDIO do BREAKOUT (pinos nas laterais, próximo à antena). Não esquecer de ligar os GND do BREAKOUT no GND do SEGGER JTAG, bem como alimentar o BREAKOUT com 3.3V.

Ligue os pinos SWD DIO e CLK ...

...nestes pinos da placa BREAKOUT

Você pode também usar o ST-LINK V2

Conecte na USB o U-BLOX NINA B302 e você verá uma COMM virtual

Jogando com a conectividade Bluetooth através do console

Uma vez que o firmware é flash, a conexão USB também é a porta virtual. Conecte-os ao PC e abra a porta usando um console serial como Putty ou Teraterm. Para o U-BLOX NINA B112 foi utilizado um conversor de USB para SERIAL.

Configurações da porta serial: Baudrate é 115200bps, dados de 8 bits, 1 stop bit, sem paridade, sem controle de hardware.

Uma vez conectado através da porta COM, você pode começar a emitir comandos

Comandos raiz

• advertise           -Ative ou desative a publicidade.
• bonded_devices      -Listar dispositivos bonded.
• connect             - <address/peer_id>Estabeleça uma conexão com um dispositivo.
• connected_devices   -Exiba dispositivos conectados e informações de segurança em cada conexão.
• device_name         - <name>Defina o nome do dispositivo.
• devices             -Lista de dispositivos disponíveis (publicidade).
• disconnect          - <address>Desconecte-se de um dispositivo.
• gatt                -Procedimentos do cliente GATT.
• key_reply           - <key>Insira a chave de acesso exibida por outro dispositivo (para modo de emparelhamento: “Entrada de chave de acesso”).
• nfc_read            - <subcmd>Ligue o leitor NFC (requer hardware adicional) <on/off>.
• numeric             -Confirme ou rejeite um valor numérico (para modo de emparelhamento: “Comparação Numérica”).
• pair                - <subcmd> <address> <option>Inicie o emparelhamento com um dispositivo conectado.
• parameters          - <subcmd>Altere ou solicite novos parâmetros de camada de link ou GATT.
• privacy             -Defina as configurações de privacidade.
• remove_bond         - <subcmd>Remova um dispositivo ligado (Bonded).
• scan                -Ative ou desative o Scanning.

Indicadores LED

Indicadores LED para nos ajudar a ver o estado em que o Bluetooth está.

• LED 1: Significa que a placa está procurando dispositivos Bluetooth
• LED 2: Significa que a placa está conectada a um dispositivo BLE Peripheral.
• LED 3: Significa que a placa está anunciando a si mesma. (boardcast)
• LED 4: Significa que a placa está conectada a um dispositivo BLE Central.

Você pode definir o nome da placa usando o comando “device_name“. Este nome é volátil e não permanente. O nome desaparecerá após uma redefinição. Digite este comando para definir um nome “Placa 1” e “Placa 2” para diferenciar essas duas placas, por exemplo. “device_name Placa 1”.

Digite o comando “scan on”, você notará que o LED 1 estará aceso. Após esta tecla no comando “devices”, você verá uma lista de dispositivos Bluetooth próximos que se anunciam (transmitindo seu ID). O comando “dispositivos” só exibirá a lista quando a placa estiver com a varredura ativada.

Você não poderá ver a outra placa Bluetooth que possui porque essa placa ainda não iniciou sua publicidade.

Para a outra placa, digite o comando “advertise”. Você notará o LED 3 nesta placa aceso.

Na primeira placa que ainda está no modo de varredura, digite o comando “devices”. Você verá uma lista de dispositivos Bluetooth. Desta vez, você poderá ver a outra placa, o ID do endereço Bluetooth e o nome do dispositivo.

Na primeira placa, digite o comando “ connect ” seguido do ID da placa da outra placa que quero conectar. Ao conectar, ambas as placas exibirão mensagens sobre a conexão. Esta primeira placa terá o LED 2 aceso, indicando que está conectada a uma placa de periféricos , enquanto a outra placa terá seu LED 4 aceso indicando que está conectada a uma placa central .

Você pode verificar o dispositivo conectado usando o comando “connected_devices”.

No processo de conexão, tentei fazer outra conexão da Placa 1 (central) para a Placa 2 (periférica). Sabe-se que um dispositivo central pode fazer conexões múltiplas com vários dispositivos periféricos. Neste experimento noto que é possível que o periférico Bluetooth receba conexões múltiplas. Cada conexão é referenciada por um identificador de manipulador.

O emparelhamento é uma troca temporária de recursos de segurança. A chave de segurança é trocada. A colagem é uma troca permanente de recursos de segurança. Significa apenas que a chave de segurança trocada é salva e usada para qualquer conexão futura. A ligação só pode ser executada após a conclusão do emparelhamento. É simplesmente salvar as chaves de segurança em ambos os lados.

Após a conexão

Após a conexão, você pode continuar usando os outros comandos “pair”, “parameters” e “gatt”.

Recapitulação do nome técnico

O GAP (Generic Access Profile) define a parte de descoberta, conexão e gerenciamento de link do Bluetooth. Central (geralmente conectado a vários periféricos) e periféricos (geralmente uma única conexão à central) estão relacionados ao GAP.

O GATT (Generic Attribute Profile) é um dos métodos de comunicação de dados após a conexão dos dispositivos Bluetooth. O dispositivo Bluetooth é o servidor que serve os dados, enquanto quem o acessa é o cliente .

Dúvidas:

suporte@smartcore.com.br

Referências:

NINA-B1 series data sheet (u-blox.com)

https://www.u-blox.com/sites/default/files/NINA-B3_DataSheet_%28UBX-17052099%29.pdf

Learning how Bluetooth connects (pic-control.com)

nRF5 SDK downloads - nordicsemi.com
Guide to Nordic Bluetooth BLE for Beginner (pic-control.com)

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