arduino 实现简易蓝牙智能手表

产品部规划开发一款智能手表，通过蓝牙连接手机并实现一系列交互功能，因此我进行了一系列蓝牙传输技术调研。本文通过小程序蓝牙向 arduino 传输数据，实现简易版的蓝牙智能手表。

arduino简易智能手表

“智能手表” 的硬件配置

使用 arduino nano 开发板作为主控。
使用 0.96 寸 oled 屏幕作为手表的显示屏，用于显示从小程序传输的数据。
使用 HC-08 蓝牙低功耗模块进行蓝牙传输。
面包板、杜邦线等连接线材，本文省略接线过程。

烧写 arduino 控制代码

arduino 烧写代码是通过 usb 接口连接到电脑，使用 arduino IDE 进行代码上传。

ardunio 的控制代码使用 c 语言，在本项目中需要引入 Adafruit_GFX 和 Adafruit_SSD1306 库，这两个库用于驱动 oled 屏幕显示，需要在 IDE 中安装这两个库并引入；而 Wire 库可以让Arduino与IIC设备进行通信，这块 0.96 寸的 oled 屏幕使用的就是 IIC 通讯协议，这个库是内置库，直接引入即可。对于蓝牙模块，不需要额外的驱动程序，因为蓝牙模块只需要把数据通过串口传输到 arduino，对串口数据进行监听即可。

代码及相关注释如下：

// 引入IIC通讯所需的Wire库文件
#include <Wire.h>

// 引入驱动OLED0.96所需的库
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
 
#define SCREEN_WIDTH 128 // 设置OLED宽度,单位:像素
#define SCREEN_HEIGHT 64 // 设置OLED高度,单位:像素
 
// 自定义重置引脚
#define OLED_RESET 4

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
char data = 0;

void setup()
{
  // 初始化OLED并设置其IIC地址为 0x3C
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop()
{
  words_display();
  display.display();
}
 
void words_display()
{
  if(Serial.available() > 0) { // 串口有数据则开始读取
    display.clearDisplay(); // 清除屏幕
    display.setTextColor(WHITE); // 设置字体颜色
    display.setTextSize(2); // 设置字体大小
    display.setCursor(0, 0); // 设置光标位置
    String tmp = ""; // 临时字符串变量，保存串口接收到的数据
    while(Serial.available() > 0) {
      data = Serial.read(); 
      tmp+=data;
      delay(15); // 解决字符串丢失问题
    }
    Serial.print(tmp); // 向串口回复数据
    display.print(tmp); // 在显示屏显示数据
  }
}

使用小程序进行蓝牙通讯

根据小程序官方文档，小程序对 BLE（蓝牙低功耗）支持度比较高，也符合“智能手表”的数据交互使用场景，因此以小程序作为蓝牙通讯的测试平台。

首先安装小程序开发者工具，创建一个 typescript 项目，并手动接入 vue-mini 库，这个库可以把 vue3 响应式能力应用在原生小程序开发中，在工作中也有应用。

以下是蓝牙通讯小程序所需 ts 代码：

typescript

import { definePage, reactive } from '@vue-mini/wechat'
import { str2Ascii } from '@/utils/common'
import { formatTime } from '@/utils/util'

definePage({
  setup() {
    const state = reactive({
      input: '',
      deviceId: '',
      serviceId: '',
      characteristicId: '',
      interval: 0
    })

    // ArrayBuffer 转换为字符串
    function ab2str(buf: ArrayBuffer) {
      return String.fromCharCode.apply(null, new Uint8Array(buf) as unknown as number[]);
    }

    async function init() {
      // 开启蓝牙适配器
      await wx.openBluetoothAdapter({
        mode: 'central'
      }).then(res => {
        console.log('openBluetoothAdapter', res)
      }).catch(err => {
        console.log('openBluetoothAdapter err', err)
      })

      // 开始扫描蓝牙设备
      await wx.startBluetoothDevicesDiscovery({
        interval: 1000,
      }).then(res => {
        console.log('startBluetoothDevicesDiscovery', res)
      }).catch(err => {
        console.log('startBluetoothDevicesDiscovery err', err)
      })
    }

    // 找到 HC-08 蓝牙模块
    wx.onBluetoothDeviceFound(res => {
      res.devices.forEach(divice => {
        if(divice.name === 'HC-08') {
          console.log('onBluetoothDeviceFound', res)
          console.log('this is hc-08 ', divice)
          wx.stopBluetoothDevicesDiscovery()
          state.deviceId = divice.deviceId
          connect(divice.deviceId)
        }
      })
    })

    // 建立连接，获取 3 个重要的id
    async function connect(deviceId: string) {
      await wx.createBLEConnection({ deviceId })
      const { services } = await wx.getBLEDeviceServices({ deviceId })
      console.log('services', services)
      const targetService = services[services.length - 1]
      console.log('targetService', targetService)
      const serviceId = targetService.uuid
      state.serviceId = serviceId
      const { characteristics } = await wx.getBLEDeviceCharacteristics({ deviceId, serviceId })
      console.log('characteristics', characteristics)
      const characteristic = characteristics[0]
      state.characteristicId = characteristic.uuid
      if(characteristic.properties.write) {
        if (characteristic.properties.notify || characteristic.properties.indicate) {
          // 必须先启用 wx.notifyBLECharacteristicValueChange 才能监听到设备 onBLECharacteristicValueChange 事件
          wx.notifyBLECharacteristicValueChange({
            deviceId,
            serviceId,
            characteristicId: characteristic.uuid,
            state: true,
          })
        }
        wx.writeBLECharacteristicValue({
          deviceId,
          serviceId,
          characteristicId: characteristic.uuid,
          value: str2Ascii('hello world'), // 向蓝牙串口写入 hello world
        })
        wx.showToast({
          title: '初始化成功',
          icon: 'success',
          duration: 1000
        })
      }
    }

    // 监听串口返回的数据，可以收到回复的 hello world
    wx.onBLECharacteristicValueChange((result) => {
      console.log('result', result, ab2hex(result.value))
      console.log('str', ab2str(result.value))
    })

    function onInput(e: WechatMiniprogram.CustomEvent) {
      state.input = e.detail.value
    }

    // 发送字符串
    async function onSubmit() {
      console.log(state.input)
      await wx.writeBLECharacteristicValue({
        deviceId: state.deviceId,
        serviceId: state.serviceId,
        characteristicId: state.characteristicId,
        value: str2Ascii(state.input)
      })
      wx.showToast({
        title: '发送成功',
        icon: 'success',
        duration: 1000
      })
    }

    // 实现“手表”显示时间
    async function showTime() {
      state.interval = setInterval(() => {
        const time = formatTime(new Date())
        wx.writeBLECharacteristicValue({
          deviceId: state.deviceId,
          serviceId: state.serviceId,
          characteristicId: state.characteristicId,
          value: str2Ascii(time)
        })
      }, 1000)
    } 

    function stopTime() {
      clearInterval(state.interval)
    }

    init()
    return {
      state,
      onSubmit,
      onInput,
      showTime,
      stopTime
    }
  },
})

以下是 wxml 部分

<view class="page">
  <view>请输入</view>
  <view class="input-wrap">
    <input type="text" class="input" value="{{state.input}}" bind:input="onInput"></input>
  </view>
  <button type="primary" bindtap="onSubmit">上传</button>
  <button bindtap="showTime">显示时间</button>
  <button bindtap="stopTime">stop</button>
</view>

“智能手表” 最终效果

正确连接线路（arduino、蓝牙模块、oled 模块），并给 arduino 模块通电启动。此时蓝牙模块将进入待机状态，等待连接。
打开小程序，小程序将会自动连接到 HC-08 蓝牙模块，连接成功后小程序将会有 初始化成功 提示。此时 oled 屏幕上显示 hello world。
在小程序输入框中输入任意文字（仅限 ASCII 码），点击上传按钮，即可在 oled 屏幕上显示对应的文字。
点击“显示时间”按钮，小程序将会每隔 1s 发送当前时间到 arduino，在 oled 屏幕上将会显示每秒变化的时间。

Q&A

为什么只能传输 ASCII 码，可以传输中文吗？

受限于 arduino 储存空间（32KB），默认只能显示 ASCII 码。对部分中文字体进行编码，可以实现有限的中文显示。还可以使用自带字体库的屏幕模块。

为什么传输的是 ArrayBuffer?

蓝牙传输和 oled 屏数据传输都是采用串口通讯，串口通信的数据传输都是0和1，只能传输二进制数据。对于 ASCII 码，一个字符占用1bit，因此对应 js 中的数据结构是Uint8Array。

arduino 实现简易蓝牙智能手表

“智能手表” 的硬件配置 ​

烧写 arduino 控制代码 ​

使用小程序进行蓝牙通讯 ​

“智能手表” 最终效果 ​

Q&A ​

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使用小程序进行蓝牙通讯

“智能手表” 最终效果

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