帶有nRF5340 DK的虛擬皮帶

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每個(gè)對(duì)象都有很多配置參數(shù)。在我們的項(xiàng)目中，我們使用了具有 2 個(gè)特征的單個(gè)服務(wù)。一種具有讀/寫方法，另一種是只寫。為簡單起見，訪問特征沒有加密或任何特殊配對(duì)要求。

#define REMOTE_RSSI_CHARACTERISTIC_UUID BT_UUID_DECLARE_128(BT_UUID_128_ENCODE(0x63342d31, 0x3836, 0x372d, 0x3166, 0x306331633562))
#define DETACH_CHARACTERISTIC_UUID BT_UUID_DECLARE_128(BT_UUID_128_ENCODE(0x1e086d95, 0x7faa, 0x4993, 0x984e, 0xcf234cec373b))

/* Primary Service Declaration */
BT_GATT_SERVICE_DEFINE(otown_svc,               //create a struct with _name
    BT_GATT_PRIMARY_SERVICE(OTOWN_UUID),       //Main UUID
    BT_GATT_CHARACTERISTIC(REMOTE_RSSI_CHARACTERISTIC_UUID,
        BT_GATT_CHRC_READ | BT_GATT_CHRC_WRITE,   // Properties
        BT_GATT_PERM_READ | BT_GATT_PERM_WRITE, // permissions read/write no security
        read_otown, write_otown, otown_value),  // Callback functions and value
    BT_GATT_CHARACTERISTIC(DETACH_CHARACTERISTIC_UUID,
        BT_GATT_CHRC_WRITE, // Properties
        BT_GATT_PERM_WRITE, // permissions write no security
        NULL, write_detach, detach_request),  //Callback functions and value
    BT_GATT_CCC(vnd_ccc_cfg_changed,            //Client Configuration Configuration
        BT_GATT_PERM_READ | BT_GATT_PERM_WRITE_ENCRYPT),
        );

處理這些特征的整個(gè)代碼是自動(dòng)生成的。

寫入和讀取特性通過回調(diào)函數(shù)發(fā)生。在這些回調(diào)中不要使用太多時(shí)間是非常重要的。在回調(diào)中更新 LCD 顯示會(huì)在幾秒鐘后導(dǎo)致連接不穩(wěn)定。日志輸出似乎是可以容忍的。

寫入時(shí)，數(shù)據(jù)片段必須存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中：

//Callback function of write command
static ssize_t write_otown(struct bt_conn *conn, const struct bt_gatt_attr *attr,
    const void *buf, uint16_t len, uint16_t offset,
    uint8_t flags) {
  uint8_t *value = attr->user_data;

  if (offset + len > sizeof(otown_value)) {
    return BT_GATT_ERR(BT_ATT_ERR_INVALID_OFFSET);
  }
  memcpy(value + offset, buf, len);

然后可以解析接收到的字符串并將其傳遞給主應(yīng)用程序。在這種情況下，使用了 Zephyr 消息隊(duì)列。

int value_int = atoi(value);

  k_msgq_put(&rssi_queue, &value_int, K_NO_WAIT);
  return len;
}

消息隊(duì)列是固定大小的循環(huán)緩沖區(qū)，提供應(yīng)用程序線程之間的通信方式。這是一個(gè)簡單的例子：

// Queue for passing received RSSI values to main thread (4 elements)
K_MSGQ_DEFINE(rssi_queue, sizeof(int), 4, 4);
...
// write callback on Bluetooth thread
k_msgq_put(&rssi_queue, &value_int, K_NO_WAIT);
...
// main thread - get value from queue, and display on LCD
int rssi;
if(k_msgq_get(&rssi_queue, &rssi, K_NO_WAIT) == 0) {
  LOG_INF("RSSI = %d", rssi);
  gui_add_point_to_chart(rssi);
}

只是改變狀態(tài)的更簡單的方法不需要使用隊(duì)列。這是分離特征的寫回調(diào)代碼

#define DETACH_COMMAND "detach"

static ssize_t write_detach(...) {

...

  // compare received string against predefined command
  if(strncmp(value, DETACH_COMMAND, strlen(DETACH_COMMAND)) == 0) {
    ...
    detached_safely = true;
  }

  return len;
}

最后斷開回調(diào)負(fù)責(zé)檢查電話是否“安全”斷開連接

static void disconnected(...) {
  ...
  // turn on red leds if remote device did not detach safely before disconnecting
  if(!detached_safely) {
    gpio_set_red(true);
  }
}

使用 GPIO

必須在項(xiàng)目配置文件中啟用第一個(gè) GPIO 庫

CONFIG_GPIO=y

使用 GPIO 通常需要在電路板覆蓋文件中定義端口，但是有一個(gè)可用于原型設(shè)計(jì)的快捷方式

#define RED_LED_PIN 30

// "guess" that port 0 is named GPIO_0 on nRF boards
gpio = device_get_binding("GPIO_0");
if (gpio == NULL) {
  printk("error getting GPIO_0 device\n");
  return;
}
// configure pin 30 as an output
ret = gpio_pin_configure(gpio, RED_LED_PIN, GPIO_OUTPUT);
...
// set output
gpio_pin_set(gpio, RED_LED_PIN, true);

使用液晶顯示器

lvgl 庫支持 Adafruit 2.8" LCD 顯示器（在適當(dāng)?shù)陌迮渲煤螅１M管在我們的項(xiàng)目中不是絕對(duì)必要的，但它很有趣，并提供了很好的調(diào)試機(jī)會(huì)。

在編寫這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，有用于屏幕布局的 GUI 設(shè)計(jì)器的概念證明，但是代碼生成器還沒有準(zhǔn)備好，可用的 GUI 組件很少。我們使用的代碼大部分是從 NordicPlayground 上的 Nordic 示例中復(fù)制而來的。

圖形組件的文檔不是很好，經(jīng)常需要查看源代碼。除此之外，有時(shí)設(shè)置組件屬性的順序很重要。在正面的觸摸屏上，顯示與 Nordic 和 Zephyr 示例代碼沒有問題。

我們必須在項(xiàng)目文件中設(shè)置一些配置選項(xiàng)以啟用 LVGL 支持

# LVGL DISPLAY
CONFIG_HEAP_MEM_POOL_SIZE=16384
CONFIG_MAIN_STACK_SIZE=4096

CONFIG_DISPLAY=y
CONFIG_DISPLAY_LOG_LEVEL_ERR=y

CONFIG_LVGL=y
CONFIG_LVGL_ANTIALIAS=y
CONFIG_LVGL_USE_LABEL=y
CONFIG_LVGL_USE_CONT=y
CONFIG_LVGL_USE_BTN=y
CONFIG_LVGL_USE_CHECKBOX=y
CONFIG_LVGL_USE_IMG=y
CONFIG_LVGL_USE_THEME_MATERIAL=y
CONFIG_LVGL_USE_ANIMATION=y
CONFIG_LVGL_USE_SHADOW=y
CONFIG_LVGL_USE_CHART=y
CONFIG_LVGL_CHART_AXIS_TICK_LABEL_MAX_LEN=256

CONFIG_NEWLIB_LIBC=y

具體顯示必須在CMakeLists.txt中選擇

set(SHIELD adafruit_2_8_tft_touch_v2)

所有組件配置代碼，包括 GUI 組件的一些實(shí)驗(yàn)都可以在gui.c

手機(jī)藍(lán)牙應(yīng)用（MIT App Inventor）

手機(jī)應(yīng)用程序非常簡單，功能僅限于掃描附近的藍(lán)牙設(shè)備，然后在附加到設(shè)備后發(fā)送帶有數(shù)據(jù)的字符串。

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定期測量連接設(shè)備的 RSSI 并將其寫入“RSSI”特性。這解決了 nRF SDK 上的問題，即一旦連接到中央設(shè)備，就無法在外圍設(shè)備上讀取 RSSI。

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按下分離按鈕將向“分離”特性發(fā)送“分離”命令。

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一點(diǎn)歷史：項(xiàng)目的考慮因素

對(duì)于手機(jī)應(yīng)用程序，我們最初計(jì)劃使用 Flutter，因?yàn)樗哂性目缙脚_(tái)支持，但是，缺乏適當(dāng)?shù)?ble 庫導(dǎo)致我們?cè)诟唵蔚臇|西上進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。起初，我們想使用 App Inventor 快速制作原型用于測試目的，雖然它一開始看起來很幼稚且不通用，但諷刺的是，它支持的 BLE 功能比任何可用的 Flutter BLE 庫都多（例如從一個(gè)已經(jīng)連接的設(shè)備），所以我們決定使用它。

另一個(gè)挫折是嘗試從連接的設(shè)備獲取 nRF SDK 中的 RSSI。RSSI 在掃描階段很容易獲得，但是在建立連接后無法獲取。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)處理器代碼和 HCI 接口進(jìn)行修改時(shí)，我們陷入了死胡同。我們嘗試使用 hci_pwr_ctrl 示例，其中藍(lán)牙控制器（在 DK 情況下為網(wǎng)絡(luò)核心）將 RSSI 值隧道傳輸?shù)降诙€(gè)核心上的應(yīng)用程序線程。不幸的是，我們沒有讓這個(gè)示例工作，因?yàn)?nRF 的 Zephyr SDK 中顯然存在一個(gè)已知錯(cuò)誤。對(duì)于初學(xué)者來說也太高級(jí)了。

最初，我們想使用 nRF5340-DK 作為中央設(shè)備，以及簡單的鑰匙查找器藍(lán)牙信標(biāo)

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我們找不到一個(gè)好的參數(shù)組合來保持與信標(biāo)的連接。我們嘗試了多個(gè)安全/配對(duì)參數(shù)，但在短暫的協(xié)商階段后連接幾乎立即斷開。錯(cuò)誤代碼不是很有幫助，因此路徑被刪除了。

BluetoothLE 無連接廣播者-觀察者角色非常有前途。我們基于 Zephyr 示例在 nRF5340-DK 和 nRF52840 加密狗之間進(jìn)行了簡單的廣告設(shè)置，但是我們無法輕松傳輸任何有意義的數(shù)據(jù)。所有修改都導(dǎo)致代碼失敗。可能擁有 2 個(gè)完整的開發(fā)套件會(huì)更容易。手機(jī)應(yīng)用程序原型設(shè)計(jì)框架中缺乏對(duì)這些角色的支持也導(dǎo)致了這條路的放棄。

一旦我們找到一些時(shí)間對(duì)其進(jìn)行重新測試和清理，其中一些實(shí)驗(yàn)的代碼將在 GitHub 存儲(chǔ)庫中提供。

提示與技巧

在學(xué)習(xí) Zephyr 時(shí)，我們?yōu)?MAX6675 熱電偶 ADC 開發(fā)了一個(gè)簡單的 SPI 驅(qū)動(dòng)程序。它作為 Zephyr 2.4.99 的補(bǔ)丁提供（隨 nRF SDK 1.5.0 提供）。

從 Play 商店獲取nRF Connect應(yīng)用程序非常有幫助。它非常適合獲取有關(guān)外圍設(shè)備的詳細(xì)信息。非常穩(wěn)定且功能豐富的藍(lán)牙連接調(diào)試。然而，我們無法確定是否可以將其用作 Brodcaster 或 Observer。

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在帶有外部 TTL 到 USB 轉(zhuǎn)換器的 nRF52840 加密狗上獲得調(diào)試接口取得了一些成功。

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默認(rèn)情況下調(diào)試輸出被禁用。要將其重定向到串行端口（默認(rèn)情況下，引腳 0.20 上的 TX，引腳 0.24 上的 RX）在項(xiàng)目配置中啟用 SERIAL 和 UART_CONSOLE。

配置用于調(diào)試的 USB 接口最初看起來很簡單，但最終它只適用于 Zephyr USB 日志記錄示例。當(dāng)配置和代碼被復(fù)制粘貼到我們的應(yīng)用程序時(shí)，它在第一個(gè)日志記錄宏上失敗了。

這是一些我不記得它來自哪里的隨機(jī)注釋，但是在從 Zephyr 為 nRF52840 加密狗構(gòu)建藍(lán)牙示例時(shí)它非常重要：

啟用 FLASH 設(shè)置。要控制藍(lán)牙設(shè)備名稱，請(qǐng)啟用設(shè)置和 NVS。然后可以更改設(shè)備名稱。

在 AppInventor 方面：確保您沒有使用 2019 年以來過時(shí)的 BLE 插件，較新的 android 設(shè)備無法在其上運(yùn)行，因?yàn)?a href='http://www.ttokpm.com/v/tag/527/' target='_blank' class='arckwlink_none'>操作系統(tǒng)受到更多限制，但它已通過 2020 年 12 月插件修復(fù)。

有時(shí)應(yīng)用程序會(huì)弄亂手機(jī)上的藍(lán)牙子系統(tǒng)，顯示一堆錯(cuò)誤。關(guān)閉應(yīng)用程序和禁用->啟用周期有助于讓事情重回正軌。

原型圖片

電池、電源、LED 驅(qū)動(dòng)板和 nRF5340-DK。實(shí)際 LED 超出框架。

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DC-DC 轉(zhuǎn)換器的底部，以及激光切割丙烯酸頂部的 3D 打印框架中的 LED 驅(qū)動(dòng)器

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“電纜”方面。兩根電纜連接到 RGB LED 燈條，一根電纜連接到 nRF5340-DK

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