라즈베리파이 피코에서 BLE로 스마트폰과 통신하기기
Why Not WIFI
- 지난 시간에 라즈베리파이 피코를 아두이노 와이파이 모듈 처럼 사용하는 방법을 소개했었는데요.
- 라우터가 없으면 통신이 어렵다는 최대의 단점이 있었습니다.
- 이로 인해서 집에서 나가면 먼지 측정을 할 수가 없었습니다.
- 결국 블루투스를 쓰게 되었는데요, 다행히도 제가 사용하는 라즈베리파이 피코 W는 BLE를 지원하더군요.
- 이번에는 라즈베리파이 피코를 아두이노의 블루투스 모듈처럼 써보겠습니다.
BLE in RPI PICO
- 이제 마이크로 파이썬에서 BLE를 어떻게 써야하는지 찾아보겠습니다.
- 위에서 제시된 예제를 이해하기 위해서 몇 가지 개념을 설명하고자 합니다.
- central : 중앙처리 장치 입니다. 이번 포스팅의 상황에서는 스마트폰이 이에 해당합니다.
- peripheral : 단말장치를 의미합니다. 라즈베리파이 피코가 이에 해당합니다.
- advertising : 단말장치가 중앙처리 장치에게 존재를 알리는 행위입니다.
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BLE 소스코드
- 사실상 위에서 찾아낸 예제 코드를 그대로 가져왔습니다.
from micropython import const
import struct
import bluetooth
import time
_ADV_TYPE_FLAGS = const(0x01)
_ADV_TYPE_NAME = const(0x09)
_ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE = const(0x3)
_ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE = const(0x5)
_ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE = const(0x7)
_ADV_TYPE_UUID16_MORE = const(0x2)
_ADV_TYPE_UUID32_MORE = const(0x4)
_ADV_TYPE_UUID128_MORE = const(0x6)
_ADV_TYPE_APPEARANCE = const(0x19)
_ADV_MAX_PAYLOAD = const(31)
_IRQ_CENTRAL_CONNECT = const(1)
_IRQ_CENTRAL_DISCONNECT = const(2)
_IRQ_GATTS_WRITE = const(3)
_FLAG_READ = const(0x0002)
_FLAG_WRITE_NO_RESPONSE = const(0x0004)
_FLAG_WRITE = const(0x0008)
_FLAG_NOTIFY = const(0x0010)
_UART_UUID = bluetooth.UUID("10000001-1000-1000-1000-100000000000")
_UART_TX = (
bluetooth.UUID("10000003-1000-1000-1000-100000000000"),
_FLAG_READ | _FLAG_NOTIFY,
)
_UART_RX = (
bluetooth.UUID("10000002-1000-1000-1000-100000000000"),
_FLAG_WRITE | _FLAG_WRITE_NO_RESPONSE,
)
_UART_SERVICE = (
_UART_UUID,
(_UART_TX, _UART_RX),
)
def advertising_payload(limited_disc=False, br_edr=False, name=None, services=None, appearance=0):
payload = bytearray()
def _append(adv_type, value):
nonlocal payload
payload += struct.pack("BB", len(value) + 1, adv_type) + value
_append(
_ADV_TYPE_FLAGS,
struct.pack("B", (0x01 if limited_disc else 0x02) + (0x18 if br_edr else 0x04)),
)
if name:
_append(_ADV_TYPE_NAME, name)
if services:
for uuid in services:
b = bytes(uuid)
if len(b) == 2:
_append(_ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE, b)
elif len(b) == 4:
_append(_ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE, b)
elif len(b) == 16:
_append(_ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE, b)
# See org.bluetooth.characteristic.gap.appearance.xml
if appearance:
_append(_ADV_TYPE_APPEARANCE, struct.pack("<h", appearance))
if len(payload) > _ADV_MAX_PAYLOAD:
raise ValueError("advertising payload too large")
return payload
def decode_field(payload, adv_type):
i = 0
result = []
while i + 1 < len(payload):
if payload[i + 1] == adv_type:
result.append(payload[i + 2 : i + payload[i] + 1])
i += 1 + payload[i]
return result
def decode_name(payload):
n = decode_field(payload, _ADV_TYPE_NAME)
return str(n[0], "utf-8") if n else ""
def decode_services(payload):
services = []
for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE):
services.append(bluetooth.UUID(struct.unpack("<h", u)[0]))
for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE):
services.append(bluetooth.UUID(struct.unpack("<d", u)[0]))
for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE):
services.append(bluetooth.UUID(u))
return services
class BLESimplePeripheral:
def __init__(self, ble, name="dust"):
self._ble = ble
self._ble.active(True)
self._ble.irq(self._irq)
((self._handle_tx, self._handle_rx),) = self._ble.gatts_register_services((_UART_SERVICE,))
self._connections = set()
self._write_callback = None
self._payload = advertising_payload(name=name, services=[_UART_UUID])
self._advertise()
def _irq(self, event, data):
# Track connections so we can send notifications.
if event == _IRQ_CENTRAL_CONNECT:
conn_handle, _, _ = data
print("New connection", conn_handle)
self._connections.add(conn_handle)
elif event == _IRQ_CENTRAL_DISCONNECT:
conn_handle, _, _ = data
print("Disconnected", conn_handle)
self._connections.remove(conn_handle)
# Start advertising again to allow a new connection.
self._advertise()
elif event == _IRQ_GATTS_WRITE:
conn_handle, value_handle = data
value = self._ble.gatts_read(value_handle)
if value_handle == self._handle_rx and self._write_callback:
self._write_callback(value)
def send(self, data):
for conn_handle in self._connections:
self._ble.gatts_notify(conn_handle, self._handle_tx, data)
def is_connected(self):
return len(self._connections) > 0
def _advertise(self, interval_us=500000):
print("Starting advertising")
self._ble.gap_advertise(interval_us, adv_data=self._payload)
def on_write(self, callback):
self._write_callback = callback
기존 소스코드 변경
- Wifi 모듈처럼 사용하던 코드를 BLE 모듈로 바꿔 보겠습니다.
- 비교를 위해서 Wifi 를 위해서 사용하던 함수는 남겨놨습니다.
import utime
import rp2
from rp2 import PIO, asm_pio
from machine import UART, Pin
import network
import time
import urequests as requests
import uasyncio
import ujson
import umqtt.simple
import ble
from ble import BLESimplePeripheral, bluetooth
dust_value = 0
mqtt_broker_ip = "###.###.###.###"
client_id = "XXX"
ssid = ''
password = ''
uart = UART(0,9600)
def send_message_mqtt(client, value):
print("Publish Mqtt Message")
msg = ujson.dumps({'device_id': client_id, 'value': value})
#msg = "Device: %s, Temp: %d, Hum: %d" % (client_id,h,t)
try:
client.publish("pico/dust_log", msg)
except OSError as e:
print(e)
def wlan_connect():
wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.connect(ssid, password)
# Setup onboard LED
onboard_led = Pin('LED', Pin.OUT) # Adjust the pin number if necessary
# Initial connection attempt
max_attempts = 10
attempts = 0
connected = False # Flag to track connection status
while not wlan.isconnected() and attempts < max_attempts:
onboard_led.toggle() # Blink LED while trying to connect
time.sleep(1)
attempts += 1
if wlan.isconnected():
print(f"Connected to {ssid} successfully!")
print("Network Config:", wlan.ifconfig())
onboard_led.value(1) # Keep LED on when connected
connected = True
else:
print("Failed to connect to WiFi.")
onboard_led.value(0) # Turn off LED if initial connection fails
return [wlan, connected]
def mqtt_connect():
print("Try Mqtt Connect")
client = umqtt.simple.MQTTClient(client_id = client_id, server = mqtt_broker_ip, port = #####)
client.connect()
return client
def wlan_main():
wret = wlan_connect()
wlan = wret[0]
connected = wret[1]
client = 0
utime.sleep(3)
try:
client = mqtt_connect()
except OSError as e:
print(f"Error: %s" % e)
print("Mqtt Connect Done")
utime.sleep(1)
while True:
if uart.any():
dust_value = uart.readline()
if dust_value:
try:
dust_value = float(dust_value.decode().strip())
print(dust_value)
except ValueError:
print("Invalid data:", dust_value)
if wlan.isconnected() and not connected:
print("Reconnected to WiFi.")
onboard_led.value(1) # Keep LED on when connected
print("Network Config:", wlan.ifconfig())
connected = True
elif not wlan.isconnected() and connected:
print("Disconnected from WiFi.")
connected = False
if not connected:
print("Wlan Not Connected")
onboard_led.toggle() # Blink LED if disconnected
else:
if client == 0:
print("MQTT is not connected")
else:
send_message_mqtt(client, dust_value)
#message = "?m=2&h=%d&t=%d" % (humidity, temperature)
#await send_message(message)
utime.sleep(2)
# 여기서부터 새로 바뀐 내용입니다
def ble_connect():
my_ble = bluetooth.BLE()
p = BLESimplePeripheral(my_ble)
def on_rx(v):
print("RX", v)
p.on_write(on_rx)
return p
def ble_main():
global dust_value
ble_conn = 0
onboard_led = Pin('LED', Pin.OUT) # Adjust the pin number if necessary
try:
ble_conn = ble_connect()
if ble_conn != 0 and ble_conn.is_connected():
print("Connected as BLE.")
onboard_led.value(1)
conncted = True
except Exception as e:
print("Ble Connection Error: %s" % e)
utime.sleep(1)
connected = False
while True:
if uart.any():
dust_value = uart.readline()
if dust_value:
try:
dust_value = float(dust_value.decode().strip())
print(dust_value)
except ValueError:
print("Invalid data:", dust_value)
if ble_conn != 0 and ble_conn.is_connected() and not connected:
print("Connected as BLE.")
onboard_led.value(1) # Keep LED on when connected
connected = True
elif not ble_conn.is_connected() and connected:
print("Disconnected as BLE.")
connected = False
if not connected:
print("BLE Not Connected")
onboard_led.toggle() # Blink LED if disconnected
else:
# Central(스마트폰)에서 별도 계산을 하지 않을거기 때문에 여기서 먼지값을 계산해서 보냅니다
last_value = int((0.173 * ((dust_value / 1024.0) * 5.0 - 0.622)) * 1000)
data = str(last_value) + ""
print("TX", data)
ble_conn.send(data)
#message = "?m=2&h=%d&t=%d" % (humidity, temperature)
#await send_message(message)
utime.sleep(2)
#main()
ble_main()
측정결과
- 측정 결과는 스마트폰에 BLE scanner 앱을 설치해서 확인할 수 있습니다.
- 그런데 이번에도 전력이 너무 적게 사용해서 보조배터리가 거부(?)하는 문제가 발생하네요.
- 지난번에 아두이노 + 먼지센서 + 피코(wlan 모듈사용) 조합으로 80mA ~ 100mA를 사용했는데, 이번에는 60mA ~ 80mA를 사용하게 됩니다.
- 부족한 20mA를 추가하기 위해서 쓸데 없는 전력사용을 해야하는 아이러니한 상황이 펼쳐지고 말았네요.
- 실제로 결과물을 어떻게 사용했는지는, 아래 영상에서 시청할 수 있습니다~
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