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NUCLEO开发板的最佳BLE伴侣：X-NUCLEO-IDB05A1 BLE

2022-06-26
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作者：SATURN
来源：21ic

[导读]
X-NUCLEO-IDB05A1 BLE是ST的蓝牙拓展板，此外还有配套SDK供菜鸟边体验边学习BLE技术。本文就带大家来体验一下用官方蓝牙SDK，基于蓝牙拓展板来进行demo开发的过程。

无线通信一直是物联网中非常重要的环节。无线通信不需要使用通信线路来连接设备，使得物联设备在布署时灵活性大大增强了，没有了物理线路的束缚，产品配置时除了灵活性之外，整体美观也是不得不考虑的一个因素。试想客户购买了一个物联产品，还得大费周章打墙穿孔布线，热情顿时少了三分!

在各种无线通信技术中，从WiFi、红外、蓝牙到远距离的LoRa、NBIoT，BLE一直备受青睐，为什么呢?答案无外乎两个原因，一是现在的移动终端，无论是手机还是平板，BLE几乎都是标配设备，接入非常容易;另一个原因应该归结于BLE的低功耗特性，省电省心!

ST的NUCLEO系列开发板一直以来以质优价廉深受ST爱好者推崇，在简单的入门之后，是时候体验下无线操控的体验了，X-NUCLEO-IDB05A1 BLE专门为NUCLEO系列开发板设计，无缝对接，确实是非常好的搭配。

X-NUCLEO-IDB05A1 BLE包装沿用ST开发板产品的封装风格，透明包装，产品一览无余。

扩展板只包含SPBTLE-RF，所以电路设计也相对简单，引出的接口完全兼容STM32 NUCLEO开发板接口。

ARDUINO接口默认提供，至于蝴蝶接口只引出了焊盘，如果用户想要使用该接口的话，需要自行操作。

X-NUCLEO-IDB05A1是基于SPBTLE-RF BlueNRG-MS射频模块的蓝牙低功耗评估板，用于扩展STM32 Nucleo板卡。SPBTLE-RF模块通过了FCC(FCC ID：S9NSPBTLERF)和IC认证(IC：8976C-SPBTLERF)。

X-NUCLEO-IDB05A1与ST Morpho和Arduino UNO R3连接器布局兼容(如果需要，用户可以安装ST Morpho连接器)。X-NUCLEO-IDB05A1通过SPI引脚与STM32微控制器连接，用户可以通过更换评估板上的一个电阻来更改默认的SPI时钟、SPI片选和SPI IRQ。

X-NUCLEO-IDB05A1 BLE的主要特征

• STM32扩展板，基于STM32 Nucleo的SPBTLE-RF模块

• X-NUCLEO-IDB05A1包含FCC和IC认证模块SPBTLE-RF(FCC ID：S9NSPBTLERF和IC：8976C-SPBTLERF)

• SPBTLE-RF：

– 低功耗蓝牙FCC和基于蓝牙IC认证模块® SMART 4.1网络处理器BlueNRG-MS

– 集成巴伦(BALF-NRG-01D3)

– 芯片天线

• 与STM32 Nucleo板兼容

• 配备Arduino UNO R3连接器

• 可扩展的解决方案，可将多个电路板级联到更大的系统

• 免费的综合开发固件库和BlueNRG-MS示例，与STM32Cube固件兼容

• 符合RoHS标准

从工程师的角度来看，BLE虽好，然而真正的开发过程却是比较麻烦的，一是BLE中名词概念太多，刚入门BLE的用户首先就被一堆名词给搞晕了!再有由于历史的原因，蓝牙通信技术包含早期的Classic Bluetooth和新的BLE技术，例如蓝牙音箱一般使用的是Classic，而现在物联网中的大部分则使用的是BLE即低功耗蓝牙，主要的差别就在低功耗上，当然还有其它的一现细节。

不过这不是问题，因为ST推出的配套SDK完全能让菜鸟边体验边学习BLE技术。SDK不仅封装了GATT等底层细节，同时也提供了大量的DEMO代码供用户参考，简单的了解SDK的框架后，就可以在现有的DEMO上进行适当的修改，达到自己的要求。

应用程序框架包括底层的硬件、CMSIS、BLE及Profile framework组成，最上层就是应用程序。应用程序通过SDK提供的各种API来实现用户需求。

SDK兼容STM32CUBE库，可以使用STM32CUBE来生成应用程序的底层框架，再引入SDK就可以实现用户自定义的功能。SDK基于SIG的标准GATT配置文件，STM32开发板及X-NUCLEO-IDB05A1 BLE充当GAP设备，根据配置好的profile来进行数据的收发。

SDK包括文档、中间件及DEMO等要素，主要包括文档，驱动、中间件及演示工程文件，目前提供的现有DEMO工程主要涵盖了STM32F401RE-Nucleo、STM32L053R8-Nucleo及STM32L476RG-Nucleo开发板，当然如果要移植到其它开发板上，也只需要简单的移植即可实现功能。

应用程序内部使用状态机来进行BLE相关操作的管理，一个典型的状态机如下

例如BLE做为外设使用的话，通过需要广播信息、接受来自外部的连接及响应各种事件，使用状态机可以很好的处理这些状态。

接下来分析一个非常经典的应用SensorDemo，看看从这个DEMO从我们能了解和学习到什么。

SensorDemo应用中，STM32开发板及BLE扩展板被配置成一个外设传感器站点，智能手机充当Central，通过手机的BLE来读取来自开发板的传感器数据。

main函数的主要框架如下

int main(void)

{

...

HAL_Init();

BSP_PB_Init(BUTTON_KEY, BUTTON_MODE_GPIO);

/* USER CODE END Init */

/* Configure the system clock */

SystemClock_Config();

BNRG_SPI_Init();

/* Initialize the BlueNRG HCI */

HCI_Init();

/* Reset BlueNRG hardware */

BlueNRG_RST();

ret = Add_Acc_Service()

/* Set output power level */

ret = aci_hal_set_tx_power_level(1,4);

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */

/* USER CODE BEGIN WHILE */

while(1)

{

/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */

HCI_Process();

User_Process(&axes_data);

}

实际的代码比较多，这只是摘取其中部分代码后的样本。代码里包括STM32硬件的初始化过程，然后是BLUENRG的初始化，因为使用的的SPI接口，所以这里的代码还包括SPI的初始化工作，然后是添加BLE服务等工作。GATT服务及Characteristics等，具体的细节就不详述了。正是通过GATT Service及Characteristic等，手机等移动终端可以访问并控制相关的外设。

代码的最后是用户事件的处理，例如用户请求某个Characteristic，用户上传相关的数据等，都是放在循环体内实现，可以参考这些代码来设计自己的功能。

编译并上传代码到开发板后，BLE开始工作，要测试BLE的工作状态，需要使用BLE USB DONGLE或者手机来进行，下面在手机端安装并打开ST官方提供的BLUENRG应用来进行测试。

手机程序启动后自动开始扫描BLE设备，找到设备后显示设备名称及MAC地址。

APP包括三个选项卡，第一个是MOTION，这里用到的都是FAKE数据，即模拟出来的结果，用户通过按压开发板上的USER按键，实现不同数据的发送，该数据可以同步在APP上显示出来，上图演示的是其中的一个状态，注意数据值上方的立方体，该立方体会实时显示立方体的位置情况。

第2个选项卡显示的是环境相关的数据，如温度、湿度及大气压等数据。

最后一个选项卡显示的是RSSI信号强度，RSSI强度也可以用来近似估算两个节点的距离，在很多室内定位的应用中，就是根据RSSI来计算设备的位置。

Projects目录下还提供了很多其它演示程序，包括低功耗、虚拟串口等，通过使用这些DEMO，用户可以很快速度STM32 BLE产品的相关细节。

X-NUCLEO-IDB05A1 BLE是ST X-NUCLEO系列开发板中的一员，其它类似的扩展板还包括WIFI、电机、传感器等系列，X-NUCLEO系列与NUCLEO开发板在接口上完全一致，同时各配套开发板也都提供了相关的SDK库，结合ST提供的STM32CUBEMX工程工具，可以迅速的上手体验并在短期内搭建产品原型并进行评估。

只是这些扩展板一般来说功能比较单一，像X-NUCLEO-IDB05A1 BLE就只提供了BLE的扩展功能，如果ST能将这些扩展板都集成到一块板上，来个全家桶，不知道ST的粉丝们会不会疯狂?!

参考资源：

X-NUCLEO-IDB05A1：https://www.st.com/zh/ecosystems/x-nucleo-idb05a1.html

SDK: https://www.st.com/content/st_com/zh/products/embedded-software/mcus-embedded-software/stm32-embedded-software/stm32cube-expansion-packages/x-cube-ble1.html

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