聚焦 Air8000 核心板的 BLE 開發，本文以雙板配置為例，講解中心設備模式的初始化、連接掃描及數據服務配置，為藍牙主設備項目開發提供技術模板。

一、BLE 概述

BLE（Bluetooth Low Energy），也稱為 Bluetooth Smart，是藍牙 4.0 及更高版本引入的低功耗無線通信技術，專為低帶寬、間歇性數據傳輸的物聯網（IoT）和穿戴設備設計。

Air8000 支持最新的 BLE 5.4 版本，BLE 5.4 在上一代基礎上繼續優化了功耗和性能，為用戶提供了更高效、更穩定的藍牙連接體驗。具體的 BLE 版本區別若有興趣請自行上網查詢，本處不再贅述。

BLE 支持的四種模式

Air8000 的 BLE 支持 4 種模式，分別是中心設備模式(central)，外圍設備模式(peripheral)，廣播者模式(ibeacon)，以及觀察者模式(scan)。

1、中心設備模式(central)：

中心設備模式是能夠搜索別人并主動建立連接的一方，從掃描狀態轉化而來的。其可以和一個或多個從設備進行連接通信，它會定期的掃描周圍的廣播狀態設備發送的廣播信息，可以對周圍設備進行搜索并選擇所需要連接的從設備進行配對連接，建立通信鏈路成功后，主從雙方就可以發送接收數據。

2、外圍設備模式(peripheral)：

外圍設備模式是從廣播者模式轉化而來的，未被連接的外圍設備首先進入廣播狀態，等待被中心設備搜索，當中心設備掃描到外圍設備建立連接后，就可以和中心設備進行數據的收發，其不能主動的建立連接，只能等別人來連接自己。和廣播模式有區別的地方在于，外圍設備模式的設備是可以被連接的，定期的和中心設備進行連接和數據傳輸，在數據傳輸過程中作外圍設備。

3、廣播者模式(ibeacon)

處于廣播模式的設備，會周期性的廣播 beacon 信息, 可以被掃描, 但一般不會被連接，典型應用 ibeacon。

4、觀察者模式(scan)

觀察者模式，該模式下模塊為非連接，相對廣播者模式的一對多發送廣播，觀察者可以一對多接收數據。在該模式中，設備可以僅監聽和讀取空中的廣播數據。和中心設備唯一的區別是不能發起連接，只能持續掃描外圍設備。

藍牙中的重要概念

1、GATT（通用屬性配置文件）

定義 BLE 設備如何組織和傳輸數據，以 “服務（Service）” 和 “特征（Characteristic）” 為單位。

示例：心率監測設備的 GATT 服務包含 “心率特征”，手機通過讀取該特征獲取心率數據。

2、服務和特征

服務是特征的容器，通過邏輯分組簡化復雜功能的管理；

特征是數據交互的最小單元，通過屬性定義實現靈活的讀寫與推送機制；

兩者結合構成 GATT 協議的核心框架，支撐藍牙設備間的標準化數據交互（如智能穿戴、醫療設備、物聯網傳感器）。

3、特征的關鍵屬性（Properties）

特征通過 “屬性” 定義數據的操作方式，常見屬性包括：

4、UUID

UUID 是藍牙 GATT 協議的 “數字身份證”，通過標準化的唯一標識機制，實現了跨廠商設備的功能互認（標準 UUID）與廠商個性化功能的擴展（自定義 UUID）

Air8000 的所有操作，都通過 UUID 來索引和管理

二、演示功能概述

本示例使用兩個 Air8000 核心板來演示 BLE 中心設備模式：一個核心板做中心設備（燒錄 central demo），另一個核心板做外圍設備（燒錄 peripheral demo）。

演示功能概述如下：

1、ble 中心設備掃描并連接外圍設備；

2、ble 中心設備連接成功后，開始定時讀取外圍設備特征值 UUID 數據， 同時也定時發送數據給外圍設備；

3、ble 中心設備收到外圍設備特征值 UUID 的 notify 數據后，通過 uart 發送到 pc 端串口工具；

4、pc 端串口工具收到數據后，打印到串口工具窗口。

三、準備硬件環境

3.1 Air8000 核心板

使用 Air8000 核心板，如下圖所示：

3.2 PC 電腦

WIN10 以及以上版本的 WINDOWS 系統。

3.3 數據通信線

USB 數據線（其一端為 Type-C 接口，用于連接 Air8000 開發板）。

四、準備軟件環境

4.1 軟件環境

1、 燒錄工具：https://docs.openluat.com/air780epm/common/Luatools/

2、內核固件：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/firmware/（理論上，2025 年 7 月 26 日之后發布的固件都可以）

3、腳本文件：

中心設備：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/ble/central

外圍設備：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/ble/peripheral

4、PC 端串口工具：例如 SSCOM、LLCOM 等都可以

5、LuatOS 運行所需要的 lib 文件：使用 Luatools 燒錄時，勾選 添加默認 lib 選項，使用默認 lib 腳本文件。

準備好軟件環境之后，接下來查看如何燒錄項目文件到 Air8000 核心板中，將本篇文章中演示使用的項目文件燒錄到 Air8000 開發板中。（https://docs.openluat.com/air8000/luatos/common/download/）

4.2 API 介紹

ble 庫：https://docs.openluat.com/osapi/core/ble/

五、程序結構

5.1 文件說明

main.lua：主程序入口文件。

ble_client_main.lua：BLE 中心設備主程序，進行 BLE 初始化，處理各類 BLE 事件（連接、斷開連接、掃描報告、GATT 操作完成等）。

ble_client_receiver.lua：BLE 中心設備接收數據處理。

ble_client_sender.lua：BLE 中心設備發送數據處理。

ble_timer_app.lua：BLE 中心設備定時器處理邏輯，啟動兩個循環定時器，一個用于定時讀取外圍設備特征值 UUID 數據，一個用于定時向外圍設備特征值 UUID 發送數據。

ble_uart_app.lua：BLE 中心設備接 uart 處理邏輯，將收到的 notify 數據，通過 uart 發送到 pc 端串口工具。

check_wifi.lua：Air8000 的藍牙功能依賴 WiFi 協處理器，需確保 WiFi 固件為最新版本。本腳本文件檢查當前 Air8000 模組的 WiFi 固件是否為最新版本，若不是則自動啟動升級（需插入可聯網的 SIM 卡）

六、核心模塊詳解

6.1 主程序 (main.lua)

主程序文件main.lua是整個項目的入口點。它負責初始化系統環境。

6.1.1 初始化流程

1、項目和版本定義：

定義PROJECT和VERSION變量。

2、日志記錄：

使用log.info("main", PROJECT, VERSION)在日志中打印項目名和版本號。

3、看門狗初始化（如果支持）：

配置并啟動硬件看門狗，防止程序死循環卡死。

4、加載功能模塊：

加載 BLE Central(中心設備)主控制模塊（ble_client_main）。

加載 wifi 升級模塊（check_wifi）。

加載串口應用功能模塊（ble_uart_app）。

加載定時器應用功能模塊（ble_timer_app）。

5、啟動任務調度器：

調用sys.run()啟動 LuatOS 的任務調度器，開始執行各個任務。

6.2 ble_client_main

本文件為 ble client 主應用功能模塊，整個應用通過 sysplus.taskInitEx 啟動主任務，實現了完整的 BLE 中心設備功能，包括設備發現、連接管理、數據收發和異常恢復機制。核心業務邏輯為：

6.2.1 初始化與配置

加載依賴模塊（ ble_client_receiver 用于數據接收處理， ble_client_sender 用于數據發送處理）。

定義配置參數（目標設備名稱、服務 UUID、特征值 UUID、超時時間等）。

調用 ble_init()，初始化藍牙功能。

6.2.2 設備掃描與連接

創建并啟動 BLE 掃描（默認參數：公共地址模式、掃描間隔 100ms、掃描窗口 100ms）。

通過 is_target_device 函數過濾掃描到的設備（匹配設備名稱）。

發現目標設備后停止掃描并發起連接。

連接超時處理和重連機制。

6.2.3 事件處理

通過 ble_event_cb 回調函數處理各類 BLE 事件：

連接成功（EVENT_CONN）

斷開連接（EVENT_DISCONN）

掃描報告（EVENT_SCAN_REPORT）

GATT 操作完成（EVENT_GATT_DONE）

讀取特征值完成（EVENT_READ_VALUE）

6.2.4 業務功能

GATT 服務發現完成后，自動啟用目標特征值的通知監聽。

接收并處理來自其他模塊的讀取請求（READ_REQ）。

通過消息隊列與其他模塊通信。

6.2.5 異常處理

掃描超時或連接失敗時觸發異常處理。

斷開連接后自動清理消息隊列并嘗試重連。

異常情況下 5 秒后重新開始掃描連接。

6.3 ble_client_receiver

6.3.1 主要功能

數據分類處理 ：接收兩類數據（外圍設備通知數據和主動讀取到的數據）。

數據分發 ：根據數據類型（通過特征值 UUID 區分）發布到不同的消息隊列，供其他模塊處理。

6.3.2 核心實現

提供proc(service_uuid, char_uuid, data)接口函數，接收服務 UUID、特征值 UUID 和數據。

通過判斷特征值 UUID 是否匹配配置中的target_notify_char或target_read_char來區分數據類型。

對于外圍設備的通知數據，通過sys.publish("RECV_BLE_NOTIFY_DATA", ...)發布。

對于主動讀取到的數據，通過sys.publish("RECV_BLE_READ_DATA", ...)發布。

6.3.3 數據流轉

當ble_client_main模塊接收到EVENT_READ_VALUE事件時，會調用此模塊的 proc 函數。

本模塊將數據分類后發布到對應的消息主題。

其他訂閱了這些消息主題的模塊可以接收并處理數據。

6.4 ble_client_sender

其他模塊只需發布"SEND_DATA_REQ"消息即可請求中心設備向外圍設備發送數據。

6.4.1 主要功能

消息訂閱：訂閱"SEND_DATA_REQ"消息，接收其他模塊的發送請求。

隊列管理：維護發送隊列 send_queue，存儲待發送的數據項（包含服務 UUID、特征值 UUID、數據、回調信息）。

任務調度：通過任務處理函數 ble_client_sender_task_func 處理各類 BLE 事件。

數據發送：按順序發送隊列中的數據，并通過回調通知發送結果。

6.4.2 核心實現

其他模塊通過sys.publish("SEND_DATA_REQ", ...)發布 發送請求。

send_data_req_proc_func函數將請求數據加入發送隊列，并通知任務。

任務處理函數根據 BLE 事件狀態（連接成功、斷開連接等）處理隊列數據。

send_item_func函數負責實際發送數據。

send_item_cbfunc函數處理發送結果，調用用戶回調。

6.4.3 事件處理

CONNECT_OK：BLE 連接成功，開始發送隊列數據。

SEND_REQ：有新數據需要發送，繼續處理隊列。

DISCONNECTED：連接斷開，清空隊列并通知所有發送請求失敗。

6.5 ble_uart_app

6.5.1 主要功能

UART 初始化：打開 UART1 接口，配置波特率 115200、數據位 8、停止位 1、無奇偶校驗。

數據接收：訂閱 "RECV_BLE_NOTIFY_DATA" 消息，接收來自 BLE 外圍設備的通知數據。

數據轉發：將接收到的 BLE 數據（包含服務 UUID、特征值 UUID 和實際數據）格式化后通過 UART1 發送到 PC 端。

6.6 ble_timer_app

6.6.1 主要功能

創建兩個獨立的 5 秒循環定時器

一個用于定時 發送 數據到外圍設備特定特征值 UUID。

一個用于定時 讀取 外圍設備特定特征值 UUID 的數據。

6.6.2 核心實現

定義了目標服務 UUID( FA00 )和特征值 UUID(寫： EA02 ，讀： EA03 )。

實現數據發送結果回調函數 send_data_cbfunc ，用于處理發送成功/失敗的通知。

實現兩個定時器回調函數：

send_data_req_timer_cbfunc：發布SEND_DATA_REQ消息到 ble_client_sender 模塊。

read_data_req_timer_cbfunc：發送READ_REQ請求到 ble_client_main 模塊。

啟動兩個 5 秒循環定時器，分別綁定上述兩個回調函數。

6.6.3 數據流轉

發送流程：定時器觸發 → 發布SEND_DATA_REQ消息 →ble_client_sender處理 → 回調通知結果。

讀取流程：定時器觸發 → 發送READ_REQ請求 →ble_client_main處理 → 結果通過事件返回。

七、結果展示

7.1 中心設備訂閱外圍設備特征通知（Notify）

1、中心設備端實現

在 ble_client_main.lua 文件中，在ble.EVENT_GATT_DONE事件觸發后，開啟 notify 監聽，監聽外圍設備指定服務和特征值的通知，中心設備收到 notify 數據后，將數據通過 uart1 發送到 PC 端。開啟監聽的主要 demo 如下：

2、外圍設備端要求

服務 UUID 和特征 UUID 需要和上面中心設備端實現的一致，同時特征 UUID 的屬性需包含 NOTIFY，才能正常通信。

服務 UUID:FA00，特征 UUID:EA01。

3、結果展示

7.2 中心設備寫入特征值（Write）

1、中心設備端實現

ble_timer_app.lua 中，啟動 5 秒的循環定時器，發布SEND_DATA_REQ消息到 ble_client_sender 模塊，ble_client_sender 模塊訂閱到消息后，開始調用 write_value 向外圍設備特征值寫入數據，關鍵發送部分 demo 如下所示：

2、外圍設備端要求

服務 UUID 和特征 UUID 需要和上面中心設備端實現的一致，同時特征 UUID 的屬性需包含 WRITE。

服務 UUID:FA00，特征 UUID:EA02。

觸發 ble.EVENT_WRITE 事件，接收到寫請求并通過 luatools 打印出來。

3、結果展示

7.3 中心設備讀取特征值（Read）

1、中心設備端實現

ble_timer_app.lua 中，啟動 5 秒的循環定時器，發送READ_REQ請求，ble_client_main 模塊收到請求后通過 read_value 開始讀取外圍設備特征值數據，讀取成功后將數據轉給 ble_client_receiver 模塊處理，關鍵 demo 如下所示：

2、外圍設備端要求

服務 UUID 和特征 UUID 需要和上面中心設備端實現的一致，同時特征 UUID 的屬性需包含 READ。

服務 UUID:FA00，特征 UUID:EA03。

3、結果展示

八、總結

本篇文檔介紹了 Air8000 的 BLE central 模式，通過兩個 Air8000 核心板：一個作中心設備，一個作外圍設備，演示了 BLE 中心設備三大核心操作：

1）訂閱通知（Notify）：自動獲取外圍設備推送的數據，

2）寫入特征值（Write）：用于發送控制指令，要求外圍設備特征支持 WRITE 屬性；

3）讀取特征值（Read）：主動獲取外圍設備狀態，需外圍設備開放 READ 權限。

三種操作均需中心設備和外圍設備的服務/特征 UUID 嚴格匹配。

今天的內容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇