學習目標 : 認識faya藍芽模組的功能及使用方式
學習時間 : 60min
示範模組 : (1) faya brickNano
(2) faya藍芽模組
(3) faya直流馬達模組
工具 : (1) 樂高底板(相容)
(2) 具藍芽功能的筆電或電腦
(3) Andriod 手機 (選擇性)
====================功能介紹====================
藍芽為現今最常見的無線通訊設備，假如你手邊有行動裝置如：智慧型手機、平板電腦，絕大部分都有內建藍芽。藍芽模組的傳輸方式非常簡單，使用UART資料傳輸，只需將模組上的TxD(資料傳送)、RxD(資料接收)連接到Arduino板，並將通訊速度(鮑率：baud rate)設定完成後，就可以傳送資料。
faya藍芽模組採用市面上最常用的藍芽模組HC-05，並將常用的3個控制埠TxD，RxD，KEY至於模組的左方，和Arduino的串列埠相連接。
Arduino板的UART： TxD(1)、RxD(0)腳是用來燒錄程式用的，如果用來連接藍芽模組，會無法燒錄程式，所以這裡先介紹使用程式指令模擬其他的UART腳位。
- #include<SoftwareSerial.h>;
- SoftwareSerial 物件名稱(RxDPin, TxDPin);
物件名稱 : 可自行命名
RxDPin : 連接到Arduino模擬的RxD腳位，對於藍芽模組而言是TxD
TXDPin : 連接到Arduino模擬的TxD腳位，對於藍芽模組而言是RxD
備注 - 用程式模擬出來的RxD腳位是有限制的，只能連到具有中斷的腳位UNO
和 NANO 為D10、D11、D12、D13腳
(例) 當建構物件名稱為"fayaBluetooth"，RxD設到第10腳，TxD設到第11腳時，需宣告:
SoftwareSerial fayaBluetooth(10,11);
- 物件名稱. begin(BTspeed);
物件名稱 : 可自行命名
BTspeed : 設定以下常用的鮑率：2400、4800、9600、19200、38400、115200，大部
分的藍芽裝置都預設鮑率：9600。
(例) 當我們建構一物件名稱為"fayaBluetooth"，鮑率為9600bps時，程式中需宣告
fayaBluetooth.begin(9600);
以上舉了幾個模擬的串列連接埠使用範例，基本上用法和一般的串列連接埠使用方式相同，有興趣的人可以參考官方網站 。
====================原理知識====================
藍芽的傳輸原理很複雜，基本上是運作在2.45GHz的頻帶，可傳輸資料與聲音，傳輸距離最遠可達10公尺。運作原理主要是用跳頻展頻技術(Frequency Hopping Spread Spectrum — FHSS)，就像是特定頻率的無線電，使藍芽兩端可以用特定的窄頻窄波同步在2.4MHz的頻帶上傳送訊號。
以上複雜的傳輸都已交給硬體晶片來完成，使藍芽模組的人其實不需要了解當中原理。只要了解如何資料正確地透過藍芽傳送和接收即可。faya藍芽模組的介面簡化到用兩隻腳(TxD, RxD)就能傳送資料，另一隻KEY腳用來設定藍芽的工作狀態，我們未來有範例需要使用此腳位時再介紹。模組電路圖如下:
電路中，我們將輸入的5V電壓降到3.3V的工作電壓，並把所需的TxD、RxD和KEY腳位拉出來，另外，我們用一顆LED(焊在模組背面)顯示模組的配對/連線狀態 (需先配對成功後才能連線):
- 快速閃爍 (每秒5次) - 模組等待連線配對中
- 每2秒閃爍1次 - 模組配對成功 (藍芽模組會記得曾經配對成功的模組，之後重新開機時就無須再次配對，此時不會再顯示此狀態
- 每2秒閃爍2次 - 藍芽模組以連線
- 範例一 : 讓筆電透過藍芽傳送字元指令控制Arduino的LED燈
- 範例二 : 讓筆電透過藍芽傳送字串指令控制連接Arduino的直流馬達
目標:
(1) Arduino透過藍芽模組送出字串到電腦的終端機介面
(2) 電腦透過藍芽傳送'1'時，Arduino 板子上的LED燈亮起，傳送'0'時，LED熄滅
接線:
(1) 電源線連接
如下圖所示，連接的說明請看這篇文章 或簡易版
Arduino_10 ===> 藍芽模組_TxD
Arduino_11 ===> 藍芽模組_RxD
藍芽配對:
(1) 完成以上的電源和訊號接線後，用USB線將電腦與brickNano連結，此時faya藍芽模組會通電，由於電腦的藍芽和faya藍芽模組還未配對，因此模組下方的LED燈會快速閃爍。
(2) 接著在到 [控制台 > 硬體和音效 > 裝置和印表機] 的畫面，點選 [新增裝置]
(3) 從新增裝置的選單中挑選HC-05 (無此選項時，可以找顯示[不明]的那個試試看)
(4)出現要求輸入裝置密碼的畫面，輸入預設密碼[1234]
(5)接著會跳到正在安裝檔案的頁面，等待自動安裝完成
(6)完成後，模組下方的紅色LED每2秒會閃爍1次 -代表電腦藍芽(主)和模組藍芽(僕)配對成功，電腦的裝置管理員的藍芽也會顯示HC-05裝置。
以上配對程序只需要做一次，電腦會記得此模組已經配對過，未來無須重新配對。
軟體安裝:
我們需要在具有藍芽的電腦(筆電)安裝串列終端介面，這樣才能夠過此介面接收和發送訊號給faya藍芽模組，這邊建議使用的終端機介面為TeraTerm
(1) 到TeraTerm下載網頁下載並安裝軟體，安裝過程中，一直按下一步即可，不須額外加選其他安裝項目。
(2)開啟TeraTerm，在連線選單選擇Serial，找藍芽ComPort按OK進行連線。當看到模組下方的紅色LED燈每兩秒快速閃爍2下時，代表連線成功。(註:筆者的Win10在配對成功後，需要重新開機一次，才能順利連線，如果在這邊連線失敗了，試著重新開機在連連看)
範例程式:
備註:
- L18: 模擬串列埠fayaBluetooth搭起了和藍芽模組溝通的介面，和TeraTerm終端機介面程式連線後，就可以在此介面接收或發送資料
- L28 : Arduino啟動後，透過藍芽模組對電腦的藍芽發送訊息，電腦會把收到的訊息顯示在TeraTerm終端機畫面。
- L31~L41: 電腦鍵盤輸入1 or 0，並且透過電腦的藍芽發送給faya藍芽模組，faya藍芽接收到字元後，透過串列埠傳給Arduino來控制LED燈
- L31~L41: 電腦鍵盤輸入1 or 0，並且透過電腦的藍芽發送給faya藍芽模組，faya藍芽接收到字元後，透過串列埠傳給Arduino來控制LED燈
討論:
- 連接從TeraTerm送出字元指令前，需開啟選單中[Control / Broadcast Command]，接著在視窗中勾選如下所示:
- 這個範例我們透過字元來控制LED，單一字元的控制項目有限，因此控制了LED明亮，下個範例我們透過傳送字串送出控制碼，如此能控制的項目就無限了!
===================範例實作(2)===================
目標:
(1) Arduino透過藍芽模組送出指令簡介到電腦的終端機介面
(2) 電腦的終端機介面送出"120"~"200"之間的字串控制直流馬達旋轉速度
(3) 電腦的終端機介面送出"CW" / "CCW" 字串控制馬達旋轉方向
(4) 電腦的終端機介面送出"OFF" 字串停止運轉
接線:
(1) 電源線連接
如下圖所示，連接的說明請看這篇文章 或簡易版
(2) 訊號線連接
Arduino_10 ===> 藍芽模組_TxD
Arduino_11 ===> 藍芽模組_RxD
Arduino_3 ===> 直流馬達模組_SIG
Arduino_13 ===> 直流馬達模組_DIR
範例程式:
備註:
- L48~L54: 接收字串指令的重要程式技巧，由於(串列.read)的函示一次只能讀一字元，因此當街收到('\n') new line 碼時，才開始判斷組合起來的字串。在TeraTerm裡的Broadcast Command 勾選 [Enter Key]時，等同送出new line碼
-L63 / L69 / L80 : 由於我們在TeraTerm裡的Broadcast Command勾選[EnterKey]後，又多帶了一個[CR] carriage return碼，所以接收時，判斷字串時需要再加上('\r')碼，傳送和接收的字串才會一致。
範例結果:
討論:
目標:
(1) Arduino透過藍芽模組送出指令簡介到電腦的終端機介面
(2) 電腦的終端機介面送出"120"~"200"之間的字串控制直流馬達旋轉速度
(3) 電腦的終端機介面送出"CW" / "CCW" 字串控制馬達旋轉方向
(4) 電腦的終端機介面送出"OFF" 字串停止運轉
接線:
(1) 電源線連接
如下圖所示，連接的說明請看這篇文章 或簡易版
(2) 訊號線連接
Arduino_10 ===> 藍芽模組_TxD
Arduino_11 ===> 藍芽模組_RxD
Arduino_3 ===> 直流馬達模組_SIG
Arduino_13 ===> 直流馬達模組_DIR
範例程式:
備註:
- L48~L54: 接收字串指令的重要程式技巧，由於(串列.read)的函示一次只能讀一字元，因此當街收到('\n') new line 碼時，才開始判斷組合起來的字串。在TeraTerm裡的Broadcast Command 勾選 [Enter Key]時，等同送出new line碼
-L63 / L69 / L80 : 由於我們在TeraTerm裡的Broadcast Command勾選[EnterKey]後，又多帶了一個[CR] carriage return碼，所以接收時，判斷字串時需要再加上('\r')碼，傳送和接收的字串才會一致。
範例結果:
討論:
- 我們在第二個範例學習到如何透過藍芽傳送和接收字串指令，把這個技巧學起來，對於爾後我們的藍芽無線控制各種標的物時，是非常有用的!
- Windows上還有不同的藍芽終端機軟體，筆者在Win10的市集裡下載了[Bluetooth Serial Terminal] ，畫面簡單了許多，同樣可以控制本篇的範例喔!
- 另外有Android手機的朋友，也可以下載相關藍芽終端機App，例如Bluetooth Terminal，軟體安裝完後的使用方式，也和本篇介紹的相同，只是控制介面由電腦轉到手機上了，大家可以試試看。注意Iphone裡的藍芽終端機軟，基於某些限制，必須連到有認證過的藍芽裝置，可惜不包含HC-05，因此無法用Iphone手機控制本章的範例喔!
也歡迎大家在底下留言或到我們的粉絲團留言喔!
====================================
fayalab 粉絲團
FB本篇留言版
iphone的藍芽弄得出來嗎
回覆刪除Iphone的藍芽要求比較嚴謹，需要有認證的藍芽晶片，類似TI的CC254x系列的，筆者也想找個時間試試看!
刪除