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@shirokumaneko

BLEモジュールを使ってみた

Last updated at Posted at 2022-04-15

使うもの

参考文書

太陽誘電のEYSGJNはファームウエアのソースまで開示されるようなのですが、個人用途だからか入手までたどり着けませんでした。資料は入手できましたが、Confidentialなので、詳しいことは書けません。
MicrochipのRN4020は資料が公開されていますが、ソースは入手できません。ファームのアップデート機能はありますが、ファームを自分でつくることはできません。
資料をざっと見た限りでは、Microchipの方が親切というか、色々できそうな気がします。

Microchip RN4020

RN4020（正確にはRN4020使用モジュール）は5Vを直接つなげられるので、USBで電源供給します。
USB-RN4020.png
USBシリアル変換モジュール (https://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-08461/) を使っています。この手の変換ケーブルは結構高くて、何本も買うと思わぬ出費になりますが、これはコスパもよくて非常によいです。ただし、ちょっとだけハンダ付けが必要です。

USBケーブルをPCに挿すと起動します。
Dコマンド（RN4020設定出力コマンド）を実行してみると、
RN4020 Dコマンド.png

意味 値 対応コマンド
BTA MACアドレス 68271921D57D
Name デバイス名 RND57D
Connected 接続済みデバイス no (なし)
Bonded ボンディング済みデバイス no (なし)
Server Services サーバーロールで
サポートするサービス		 80000000
(Device Information)		 SS
Features サポート機能(Feature) 00060000
(I/O Capability =
No Input, no output)		 SR
TxPower 送信出力 4 (-2.5dBm) SP

Connected,Bondedは現在の状態ですが、設定は対応するコマンドで変更することができます。
I/O Capability = No Input, no output は、私はキーボード（操作パネル）もディスプレイも持たないデバイスだという宣言になります。今回は、PCがキーボードとディスプレイになるので、I/O Capability = Keyboard Display にするのが適切です。

起動が確認できたので、RN4020をペリフェラルとしてスマホから接続してみます。
peripheral.png
参考文書[1]
Chapter 3. アプリケーション例
3.1 スマートデバイスとの接続によるデモ
peripheral demo.png

コマンド 応答 備考
Echo On +コマンドの応答
SF,1 AOK 工場出荷設定にリセット
SS,C0000000 AOK Device InformationとBatteryサービスの有効化
SR,00000000 AOK ペリフェラルに設定
R,1 Reboot 再起動
CMD 起動メッセージ
Echo On +コマンドの応答
LS 180A～END サービス一覧取得
A AOK アドバタイズ開始

LSコマンドは、SSコマンドで設定したサービスの確認です。
180AはDevice Informationサービス、180FはBatteryサービスのUUIDです。
これをスマホで見てみると、
smart phone.png
このBLEモジュールのデバイス名である、RND57Dが表示されています。
smart phone2.png
スマホアプリはnRF Connect for Mobileを使いました。
LSコマンドで表示される2A25,2A27,...は各サービスのキャラクタリスティックのUUIDですが、それぞれの意味はこの画面を見れば一目瞭然です。例えば、2A25はシリアル番号を意味し、その値は68271921D57Dです。

この値はMACアドレスなのですが、それはこのモジュールにおいて、シリアル番号のデフォルト値がMACアドレスであるためです。

参考文書[1] p.24
Serial Number command.png

太陽誘電 EYSGJN

EYSGJNの電源は1.8～3.6Vです。ラズパイの3.3Vから取ってもいいのですが、USBの5Vからレギュレータ (https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-11318/) を使って3Vにしました。
regulator.png
EYSGJN board.jpg
スマホで見てみると、
Scanner EYSGJN.png
TYSA-B 3.0.0が、このモジュールのデバイス名です。

全体

DSC_1847.JPG

EYSGJNをペリフェラル、RN4020をセントラルとして、RN4020から接続します。

F // Start scan
AOK
DCBDD693FA10,1,TYSA-B 3.0.0,1804|180F,-1E
X // Stop scan
E,1,DCBDD693FA10 // Establish connection
AOK
Connected
ConnParam:00A0,0000,01F4

EYSGJNのサービスを取得します。

LC
180F
  2A19,0012,02
  2A19,0013,10
END

180FはBattery serviceのUUIDです。2A19はBattery levelのcharacteristicで、0012,0013はUUIDの代わりに使用できるハンドルです。このハンドルは、UUIDの桁が大きいときに入力の手間を省くためのもので、RN4020のコマンドでのみ使用できます。

Battery levelの値を取得すると、

CHR,0012
R,64.

USB給電だからか、0x64 = 100%でした。この値を任意に変更できると面白いのですが、EYSGJNのマニュアルを見てもよくわかりませんでした。
なお、EYSGJNのコマンドはConfidentialなので、書くことができません。

Battery levelの値を一定周期で何点か取ってグラフにするGUIを、Djangoでつくりました。

Animation3.gif
ソースの一部

ble_serial.py
import re
from serial import Serial

class BleSerialPort:
    def __init__(self) -> None:
        try:
            self.port = Serial("COM6", 115200)
        except:
            self.port = None
        self.scan_list = []
    
    def __del__(self):
        if self.port != None:
            self.port.close()
    
    def start_scan(self):
        if self.port != None:
            self.scan_list = []
            self.send("F", callback=self.scan_callback)

    def send(self, command, timeout=1, callback=None):
        self.port.timeout = timeout

        print(f"> {command}")
        self.port.write(f"{command}\r\n".encode("utf-8"))
        while True:
            line = self.port.readline()
            if line == b"":
                # timeout
                break
            if callback != None:
                callback(line)
            print(line)

    def scan_callback(self, line):
        # <BTADDR>,<PRIVATE>,<BTName>,<UUID>,<RSSI>
        pattern = re.compile("([^,]*),([^,]*),([^,]*),([^,]*),([^,]*)")

        m = pattern.match(line.decode("utf-8"))
        if m != None:
            device = {
                "BTADDR": m.group(1),
                "PRIVATE": m.group(2),
                "BTName": m.group(3),
                "UUID": m.group(4),
                "RSSI": int(m.group(5), 16)
            }
            self.scan_list.append(device)
views.py
from django.shortcuts import render
from .ble_serial import BleSerialPort

def index(request):
    port = BleSerialPort()

    port.start_scan()
    port.stop_scan()

    context = {
        "scan_list": port.scan_list,
    }
    print(context)

    return render(request, 'monitor/index.html', context)
index.html
<table class="table">
    <thead>
        <tr>
            <th>BTADDR</th>
            <th>PRIVATE</th>
            <th>BTName</th>
            <th>UUID</th>
            <th>RSSI</th>
        </tr>
    </thead>
    <tbody>
        {% for device in scan_list %}
        <tr>
            <td>{{ device.BTADDR }}</td>
            <td>{{ device.PRIVATE }}</td>
            <td>{{ device.BTName }}</td>
            <td>{{ device.UUID }}</td>
            <td>{{ device.RSSI }}</td>
        </tr>
        {% endfor %}
    </tbody>
</table>
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