Modul Bluetooth JDY-18, BLE 4.2, interfata UART, raza 60 m

Acest tutorial foloseste placa Arduino Uno R3 pentru a pune in functiune modulul JDY-18, un modul Bluetooth Low Energy (BLE) 4.2 cu interfata seriala UART. Modulul nu are nevoie de program propriu, dar are nevoie de un microcontroler care sa ii vorbeasca pe serial, iar Arduino Uno este suficient. Il folositi in proiecte care trimit date la telefon sau primesc comenzi de la el, cum sunt telecomenzile, senzorii fara fir sau echipamentele alimentate de la baterie.

Cum functioneaza:

Modulul are propriul procesor radio si apare in telefon ca dispozitiv BLE. Dupa conectare, un serviciu cu UUID FFE0 si o caracteristica FFE1 transporta datele in ambele sensuri. Tot ce trimite telefonul pe caracteristica FFE1 iese pe pinul TXD al modulului, iar tot ce intra pe pinul RXD ajunge la telefon. Aceasta se numeste transmisie transparenta, deoarece modulul nu schimba continutul datelor.

Din fabrica, modulul lucreaza ca dispozitiv slave (AT+HOSTEN0), cu viteza seriala de 9600 baud (AT+BAUD4) si cu numele JDY-18. La 9600 baud un octet ocupa aproximativ 10 biti (start, 8 de date, stop), deci se pot transfera cam 960 de octeti pe secunda intre Arduino si modul. Pe partea radio, modulul lucreaza la 2.4 GHz, cu putere de emisie de maximum 0 dBm si o raza de pana la 60 m in camp deschis.

Modulul accepta doar tensiune joasa, asa ca se alimenteaza de la pinul 3.3V al placii Uno. Semnalele Arduino Uno au 5 V, iar intrarea RXD a modulului este de 3.3 V. De aceea intre D3 si RXD se pune un divizor din doua rezistente, R1 de 1 kΩ in serie si R2 de 2 kΩ spre GND. Tensiunea la RXD rezulta din formula Vout = 5 V x 2 kΩ / (1 kΩ + 2 kΩ) = 3.33 V. In sens invers, iesirea TXD a modulului are 3.3 V, un nivel pe care Arduino Uno il citeste corect ca logic 1, deci TXD se leaga direct la D2.

Modulul consuma aproximativ 4 mA cand este treaz si difuzeaza, sub 300 µA in somn usor si de ordinul a 1.8 µA in somn adanc. Pinul 3.3V al placii Uno poate da pana la 50 mA, deci este suficient.

Conectare:

Deconectati placa Uno de la USB inainte de a face legaturile. Alimentati modulul numai de la pinul 3.3V, niciodata de la 5V, pentru ca 5 V ii pot distruge circuitul. Cei cinci pini ai modulului sunt marcati pe spatele placutei, asa ca verificati inscriptiile inainte de a conecta, pentru ca ordinea pinilor poate diferi de la un lot la altul. Pinul STAT ramane neconectat in acest tutorial. Folosim SoftwareSerial pe pinii D2 si D3, iar portul serial hardware ramane liber pentru Monitorul serial.

Placa si biblioteci:

In Arduino IDE alegeti Tools > Board > Arduino AVR Boards > Arduino Uno. Pachetul Arduino AVR Boards vine odata cu Arduino IDE, asa ca nu trebuie instalat separat din Boards Manager. Programul foloseste doar biblioteca SoftwareSerial, care este inclusa in Arduino IDE, deci nu trebuie instalata nicio biblioteca din Library Manager.

Codul:

Programul trimite cateva comenzi AT la pornire ca sa verifice legatura cu modulul, apoi leaga Monitorul serial de modul in ambele sensuri, astfel incat puteti trimite comenzi AT sau puteti vedea datele primite de la telefon.

/*
  JDY-18 BLE module test on Arduino Uno
  Board: Arduino Uno (Tools > Board > Arduino AVR Boards > Arduino Uno)
  Board package: Arduino AVR Boards (comes with the Arduino IDE)
  Libraries: SoftwareSerial (included in the Arduino IDE), nothing to install
  Wiring:
    JDY-18 VCC -> Arduino 3.3V (never 5V)
    JDY-18 GND -> Arduino GND
    JDY-18 TXD -> Arduino D2 (SoftwareSerial RX)
    JDY-18 RXD -> R2 2 kOhm to GND, and R1 1 kOhm to Arduino D3 (SoftwareSerial TX)
    The R1 / R2 divider lowers the 5 V of D3 to about 3.3 V for the module.
  Serial Monitor: 9600 baud, line ending "Both NL & CR".
*/
#include <SoftwareSerial.h>
const byte BT_RX_PIN = 2;  // Arduino receives here (connected to module TXD)
const byte BT_TX_PIN = 3;  // Arduino transmits here (to module RXD via divider)
SoftwareSerial bt(BT_RX_PIN, BT_TX_PIN);  // Software serial port for the module
// Sends one AT command and prints the answer on the Serial Monitor
void sendCommand(const char *command) {
  Serial.print("> ");
  Serial.println(command);
  // Throw away any old data in the receive buffer
  while (bt.available()) {
    bt.read();
  }
  // The module needs every AT command to end with \r\n
  bt.print(command);
  bt.print("\r\n");
  // Read the answer until the module is silent for 500 ms
  unsigned long lastByteTime = millis();
  char lastChar = '\n';
  while (millis() - lastByteTime < 500) {
    while (bt.available()) {
      lastChar = (char)bt.read();
      Serial.write(lastChar);
      lastByteTime = millis();
    }
  }
  // Make sure the next output starts on a new line
  if (lastChar != '\n') {
    Serial.println();
  }
}
void setup() {
  Serial.begin(9600);  // Serial Monitor speed
  bt.begin(9600);      // Factory baud rate of the JDY-18
  delay(500);          // Give the module time to start
  Serial.println("JDY-18 test started");
  // Basic queries, accepted while no phone is connected
  sendCommand("AT+VERSION");  // Firmware version
  sendCommand("AT+NAME");     // Advertised name
  sendCommand("AT+BAUD");     // Baud rate code
  sendCommand("AT+LADDR");    // Bluetooth MAC address
  Serial.println("Bridge ready. Type AT commands or connect from a phone.");
}
void loop() {
  // Module -> Serial Monitor (AT answers or data sent by the phone)
  if (bt.available()) {
    Serial.write(bt.read());
  }
  // Serial Monitor -> module (AT commands or data for the phone)
  if (Serial.available()) {
    bt.write(Serial.read());
  }
}

Cum functioneaza codul:

La inceput, constantele BT_RX_PIN si BT_TX_PIN fixeaza pinii D2 si D3, iar obiectul bt de tip SoftwareSerial creeaza un port serial software pe acesti pini. BT_RX_PIN este pinul pe care Arduino primeste date de la TXD-ul modulului, iar BT_TX_PIN este pinul pe care Arduino trimite date catre RXD-ul modulului prin divizor.

Functia sendCommand() primeste o comanda AT ca text, o afiseaza pe Monitorul serial cu prefixul "> " si goleste bufferul de receptie, ca sa nu se amestece raspunsuri vechi cu cel nou. Apoi trimite comanda urmata de \r\n, pentru ca modulul cere acest final la fiecare comanda. In continuare citeste raspunsul si il copiaza pe Monitorul serial pana cand modulul ramane tacut 500 ms. La final, daca ultimul caracter nu a fost un rand nou, functia adauga unul, ca urmatoarea iesire sa inceapa pe un rand separat.

In setup() se porneste Monitorul serial la 9600 baud si portul bt tot la 9600 baud, viteza din fabrica a modulului. Dupa o pauza de 500 ms, in care modulul porneste, programul afiseaza mesajul de start si trimite patru interogari: AT+VERSION pentru versiunea firmware, AT+NAME pentru numele difuzat, AT+BAUD pentru codul vitezei seriale si AT+LADDR pentru adresa MAC Bluetooth.

In loop() programul lucreaza ca o punte seriala. Orice octet primit de la modul este scris pe Monitorul serial, iar orice octet tastat in Monitorul serial este trimis modulului. Astfel puteti scrie comenzi AT de mana sau puteti vedea textul trimis de telefon.

Rezultat:

Deschideti Monitorul serial la 9600 baud si alegeti terminatorul de linie "Both NL & CR". Dupa cateva secunde apar raspunsurile modulului la cele patru interogari, iar apoi mesajul ca puntea este gata. Valorile exacte pot diferi, in special adresa MAC.

JDY-18 test started
> AT+VERSION
+JDY-18-V1.5
> AT+NAME
+NAME=JDY-18
> AT+BAUD
+BAUD=4
> AT+LADDR
+LADDR=A4C138112233
Bridge ready. Type AT commands or connect from a phone.

Pentru a testa legatura cu telefonul, deschideti o aplicatie de terminal BLE, conectati-va la dispozitivul JDY-18, activati notificarile pe caracteristica FFE1 si trimiteti un text. Textul apare in Monitorul serial. Ce scrieti in Monitorul serial dupa conectare ajunge in aplicatie.

Probleme frecvente:

Nu apare niciun raspuns la comenzile AT. Cauza cea mai frecventa este inversarea pinilor TXD si RXD sau terminatorul de linie gresit. Verificati ca TXD merge la D2 si RXD la D3 prin divizor, iar in Monitorul serial alegeti "Both NL & CR". Verificati si viteza de 9600 baud.

Raspunsurile apar cu caractere ciudate. Viteza seriala a modulului a fost schimbata sau Monitorul serial este setat gresit. Setati Monitorul serial la 9600 baud, iar daca ati schimbat viteza modulului cu AT+BAUD, folositi aceeasi valoare in bt.begin().

Comenzile AT nu sunt acceptate. Cat timp un telefon este conectat, modulul trateaza datele ca date transparente. Deconectati telefonul sau mentineti pinul PWRC pe nivel low, daca il aveti scos la o conexiune proprie.

Modulul nu apare in lista telefonului. Verificati alimentarea de la pinul 3.3V si masa comuna. Cautati dispozitivul cu o aplicatie BLE, nu in lista Bluetooth clasica a telefonului, pentru ca JDY-18 foloseste doar BLE.

Modulul se incalzeste sau nu mai raspunde dupa conectare. Este posibil sa fi fost alimentat de la 5 V sau sa fi primit un semnal de 5 V direct pe RXD. Verificati divizorul R1 si R2 si folositi numai pinul 3.3V.

Limitari si sfaturi:

Modulul este BLE si nu se imperecheaza ca dispozitiv audio sau serial Bluetooth clasic. Raza de pana la 60 m este valabila in camp deschis, iar in interior scade din cauza peretilor. Viteza utila de transfer cu un telefon este de ordinul a 8 kB pe secunda, iar la 9600 baud legatura cu Arduino limiteaza transferul la aproximativ 960 de octeti pe secunda.

Daca aveti nevoie de viteza mai mare, setati modulul la 115200 baud, dar cu SoftwareSerial pe Arduino Uno vitezele mari pot pierde date. In acest caz folositi portul serial hardware sau o placa cu mai multe porturi seriale.

Modulul poate fi configurat si ca master, cu AT+ROLE1, pentru a se conecta la un alt modul BLE. Din comenzile AT puteti schimba numele, parola, UUID-urile si intervalul de difuzare, iar pentru aparate alimentate de la baterie puteti folosi modurile de somn ca sa reduceti consumul.