JDY-18 Bluetooth modul, BLE 4.2, UART interfész, 60 m hatótávolság

Ez a bemutató az Arduino Uno R3 kártyát használja a JDY-18 modul üzembe helyezéséhez. A JDY-18 egy Bluetooth Low Energy (BLE) 4.2-es modul UART soros interfésszel. A modulnak nincs szüksége saját programra, de kell hozzá egy mikrokontroller, amely soros porton beszél vele, és erre az Arduino Uno elegendő. Olyan projektekben használjátok, amelyek adatot küldenek a telefonra vagy parancsot fogadnak tőle, például távvezérlőknél, vezeték nélküli érzékelőknél vagy elemmel működő berendezéseknél.

Működése:

A modulnak saját rádiós processzora van, és BLE eszközként jelenik meg a telefonon. Csatlakozás után egy FFE0 UUID-val azonosított szolgáltatás és egy FFE1 jellemző viszi az adatokat mindkét irányba. Minden, amit a telefon az FFE1 jellemzőre küld, a modul TXD lábán jön ki, a RXD lábra érkező adat pedig eljut a telefonra. Ezt nevezzük átlátszó átvitelnek, mert a modul nem változtatja meg az adatok tartalmát.

Gyárilag a modul szolgaként működik (AT+HOSTEN0), 9600 baud soros sebességgel (AT+BAUD4), és JDY-18 névvel. 9600 baudon egy bájt körülbelül 10 bitet foglal el (start, 8 adatbit, stop), így másodpercenként nagyjából 960 bájt továbbítható az Arduino és a modul között. A rádiós oldalon a modul 2.4 GHz-en működik, legfeljebb 0 dBm adóteljesítménnyel, és nyílt terepen akár 60 m-es hatótávval.

A modul csak alacsony feszültséget fogad el, ezért az Uno kártya 3.3V lábáról táplálják. Az Arduino Uno jelei 5 V-osak, a modul RXD bemenete viszont 3.3 V-os. Emiatt a D3 és a RXD közé egy két ellenállásból álló osztót teszünk: az R1 1 kΩ sorosan, az R2 2 kΩ pedig a GND felé. A RXD-n kialakuló feszültség a Vout = 5 V x 2 kΩ / (1 kΩ + 2 kΩ) = 3.33 V képletből adódik. Fordított irányban a modul TXD kimenete 3.3 V-os, amelyet az Arduino Uno logikai 1-ként helyesen olvas, ezért a TXD közvetlenül a D2 lábra köthető.

A modul nagyjából 4 mA-t fogyaszt, amikor ébren van és hirdet, 300 µA alatt van könnyű alvó üzemmódban, és nagyjából 1.8 µA-t fogyaszt mély alvásban. Az Uno kártya 3.3V lába legfeljebb 50 mA-t tud adni, ez tehát elegendő.

Csatlakoztatás:

A kötések elkészítése előtt húzzátok ki az Uno kártyát az USB-ről. A modult kizárólag a 3.3V lábról tápláljátok, soha nem az 5V lábról, mert az 5 V tönkreteheti az áramkört. A modul öt lábát a hátoldalon jelölték, ezért csatlakoztatás előtt ellenőrizzétek a feliratokat, mert a lábsorrend gyártási tételenként eltérhet. A STAT láb ebben a bemutatóban nincs bekötve. A D2 és D3 lábakon a SoftwareSerial könyvtárat használjuk, a hardveres soros port pedig szabad marad a Soros monitor számára.

Kártya és könyvtárak:

Az Arduino IDE-ben válasszátok a Tools > Board > Arduino AVR Boards > Arduino Uno menüpontot. Az Arduino AVR Boards csomag az Arduino IDE-vel együtt érkezik, ezért nem kell külön telepíteni a Boards Manager-ből. A program csak a SoftwareSerial könyvtárat használja, amely az Arduino IDE részeként már benne van, így a Library Manager-ből nem kell semmilyen könyvtárat telepíteni.

A kód:

A program indításkor néhány AT parancsot küld, hogy ellenőrizze a kapcsolatot a modullal. Ezután a Soros monitort összeköti a modullal mindkét irányban, így kézzel küldhettek AT parancsokat, vagy láthatjátok a telefontól kapott adatokat.

/*
  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());
  }
}

A kód működése:

Elsőként a BT_RX_PIN és a BT_TX_PIN konstansok rögzítik a D2 és D3 lábakat, a bt nevű SoftwareSerial objektum pedig szoftveres soros portot hoz létre ezeken a lábakon. A BT_RX_PIN az a láb, amelyen az Arduino a modul TXD jeleit fogadja, a BT_TX_PIN pedig az a láb, amelyen az Arduino az osztón keresztül a modul RXD bemenete felé küld adatot.

A sendCommand() függvény szövegként kap egy AT parancsot, kiírja a Soros monitorra a "> " előtaggal, és üríti a vételi puffert, hogy a régi válaszok ne keveredjenek az újjal. Ezután elküldi a parancsot, a végére pedig \r\n kerül, mert a modul minden parancsnál ezt a lezárást várja. Ezt követően beolvassa a választ, és másolja a Soros monitorra, amíg a modul 500 ms-ig hallgat. A végén, ha az utolsó karakter nem sortörés volt, a függvény hozzáad egyet, hogy a következő kimenet külön sorban kezdődjön.

A setup() függvényben a Soros monitor 9600 baudra indul, a bt port szintén 9600 baudra, ami a modul gyári sebessége. Egy 500 ms-os szünet után, amely alatt a modul elindul, a program kiírja az indító üzenetet, majd négy lekérdezést küld: AT+VERSION a firmware verziójáért, AT+NAME a hirdetett névért, AT+BAUD a soros sebesség kódjáért, és AT+LADDR a Bluetooth MAC-címért.

A loop() függvényben a program soros hídként működik. Minden bájt, amelyet a modultól kap, kiíródik a Soros monitorra, és minden bájt, amelyet a Soros monitorba gépeltek, elküldésre kerül a modulnak. Így kézzel írhattok AT parancsokat, vagy láthatjátok a telefontól érkező szöveget.

Eredmény:

Nyissátok meg a Soros monitort 9600 baudon, és válasszátok a "Both NL & CR" sorvégjelet. Néhány másodperc múlva megjelennek a modul válaszai a négy lekérdezésre, majd az üzenet, hogy a híd kész. A pontos értékek eltérhetnek, főleg a MAC-cím.

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.

A telefonnal való kapcsolat teszteléséhez nyissatok meg egy BLE terminál alkalmazást, csatlakozzatok a JDY-18 eszközhöz, aktiváljátok az értesítéseket az FFE1 jellemzőn, majd küldjetek egy szöveget. A szöveg megjelenik a Soros monitoron. Amit a csatlakozás után a Soros monitorba írtok, az eljut az alkalmazásba.

Gyakori problémák:

Egyetlen AT parancsra sem jön válasz. Ennek leggyakoribb oka a TXD és RXD lábak felcserélése vagy a rossz sorvégjel. Ellenőrizzétek, hogy a TXD a D2-re, az RXD pedig osztón keresztül a D3-ra megy, a Soros monitorban pedig a "Both NL & CR" beállítás legyen kiválasztva. Nézzétek meg a 9600 baud sebességet is.

A válaszok furcsa karakterekkel jelennek meg. A modul soros sebességét megváltoztatták, vagy a Soros monitor rosszul van beállítva. Állítsátok a Soros monitort 9600 baudra, és ha az AT+BAUD paranccsal megváltoztattátok a modul sebességét, ugyanezt az értéket használjátok a bt.begin() hívásban.

Az AT parancsokat a modul nem fogadja el. Amíg egy telefon csatlakozva van, a modul az adatokat átlátszó adatként kezeli. Bontsátok a telefon kapcsolatát, vagy ha a PWRC láb ki van vezetve egy saját kapcsolathoz, tartsátok alacsony (low) szinten.

A modul nem jelenik meg a telefon listájában. Ellenőrizzétek a 3.3V lábról történő táplálást és a közös földelést. Az eszközt BLE-alkalmazással keressétek, nem a telefon klasszikus Bluetooth listájában, mert a JDY-18 csak BLE-t használ.

A modul felmelegszik, vagy csatlakozás után nem válaszol. Lehet, hogy 5 V-ról táplálták, vagy közvetlenül 5 V-os jelet kapott a RXD lábon. Ellenőrizzétek az R1 és R2 osztót, és kizárólag a 3.3V lábat használjátok.

Korlátok és tanácsok:

A modul BLE, ezért nem párosítható klasszikus Bluetooth audio- vagy soros eszközként. A 60 m-es hatótáv nyílt terepen érvényes, bent viszont a falak miatt csökken. A telefonnal elérhető hasznos átviteli sebesség nagyjából 8 kB másodpercenként, az Arduinóval való 9600 baudos kapcsolat viszont az átvitelt másodpercenként nagyjából 960 bájtra korlátozza.

Ha nagyobb sebességre van szükségetek, állítsátok a modult 115200 baudra, de az Arduino Uno SoftwareSerial megvalósításánál a nagy sebességnél adatvesztés történhet. Ilyenkor a hardveres soros portot használjátok, vagy olyan kártyát, amelyen több soros port van.

A modul mesterként is konfigurálható az AT+ROLE1 paranccsal, így képes másik BLE modulhoz csatlakozni. Az AT parancsokkal megváltoztathatók a nevek, a jelszó, az UUID-k és a hirdetési intervallum, elemmel működő berendezéseknél pedig az alvó üzemmódokkal csökkenthető a fogyasztás.