Air8000的BLE外圍設備模式（peripheral）是實現低功耗藍牙通信的關鍵功能，它既能主動向中心設備發送通知數據，也能接收中心設備傳回的信息。本文將通過具體示例，詳細拆解這一模式的操作流程，從配置到數據交互逐一講解，幫助開發者快速掌握Air8000的BLE外圍設備應用技巧。

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 Air8000 核心板演示 ble 的 peripheral(外圍設備) 功能。

1、Air8000 作為外圍設備開啟廣播，被動等待中心設備發起連接；

2、連接成功后，定期向中心設備發送數據；

3、外圍設備收到中心設備的寫入數據后，通過 uart1 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

1 、Air8000 核心板

2、 PC 電腦

WIN10 以及以上版本的 WINDOWS 系統。

3、 數據通信線

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

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/

3、腳本文件：

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、藍牙調試軟件：

本示例使用的藍牙調試軟件是 nrf connect(Android 版本)，下載下面的壓縮包即可；IOS 版請在APP Store搜索 nrf connect下載。

6、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。

（燒錄鏈接：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_peripheral_main.lua：ble 外圍設備主程序，進行 ble 初始化，設置廣播內容，處理各類 ble 事件（連接、斷開連接、寫入請求等）。

ble_peripheral_receiver.lua：BLE 外圍設備接收數據處理。

ble_peripheral_sender.lua：BLE 外圍設備發送數據處理。

ble_timer_app.lua：ble 外圍設備定時器處理邏輯，啟動兩個循環定時器，一個是以 notify 方式主動向中心設備推送數據（需中心設備先開啟 notify 訂閱），另一個是使用 write 方式，更新特征值數據，中心設備需要主動讀取特征值獲取最新數據。

ble_uart_app.lua：ble 外圍設備接 uart 處理邏輯，將收到的中心設備的寫入數據，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 peripheral(外圍設備)主控制模塊（ble_server_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_server_main

本文件為 ble server 主應用功能模塊，整個應用通過 sys.taskInitEx 啟動主任務，實現了完整的 BLE 外圍設備功能，核心業務邏輯為：

6.2.1 初始化與配置

1、加載依賴模塊（ ble_server_receiver 用于數據接收處理， ble_server_sender 用于數據發送處理）。

2、定義配置參數（自身設備名稱、服務 UUID、特征值 UUID、GATT 數據庫定義）。

注意：在 GATT 中，UUID 和屬性的定義是由外圍設備決定的，中心設備需要按照外圍設備定義的 UUID 和屬性來訪問。

3、調用 ble_init()，初始化藍牙功能，設置廣播包內容并開始廣播。

作為外圍設備，無需主動掃描，而是通過廣播讓中心設備發現：

6.2.2 事件處理

通過 ble_event_cb 回調函數處理各類 BLE 事件：

1、連接成功（EVENT_CONN）

2、斷開連接（EVENT_DISCONN）

3、寫入請求(EVENT_WRITE)

注意：EVENT_WRITE 事件，是中心設備開啟 notify 通知功能，或者向外圍設備的特征里寫入數據時，外圍設備觸發的回調事件。

6.2.3 業務功能

1、被動接收中心設備寫入的數據：通過 ble_server_receiver.proc() 處理

2、建立連接后，向 ble_server_sender 模塊發送"CONNECT_OK"的消息，通過 ble_server_sender 模塊向中心設備發送數據。

6.2.4 異常處理

1、初始化失敗 ：進入異常處理流程。

2、連接斷開 ：清理資源并等待重連。

3、超時處理 ：5 秒后重新啟動廣播。

6.3 ble_server_receiver

6.3.1 主要功能

1、數據處理 ：處理接收到的 BLE 寫入請求數據。

2、數據分發 ：將收到的數據發給其他模塊處理，比如本 demo 便演示了通過 uart 發給 pc 端處理。

當ble_server_main模塊接收到EVENT_WRITE事件時，會調用此模塊的 proc 函數。將數據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

6.3.2 核心實現

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

2、通過sys.publish("RECV_BLE_WRITE_DATA", ...)發給其他模塊處理。

6.4 ble_server_sender

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

6.4.1 主要功能

1、消息訂閱：訂閱"SEND_DATA_REQ"消息，接收其他模塊的發送請求。

2、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）。

3、任務調度：通過任務處理函數 ble_server_sender_task_func 處理各類 BLE 事件。

4、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

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

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

3、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。

4、send_item_func函數負責實際發送數據。

5、send_item_cbfunc函數處理發送結果，調用用戶回調。

6.4.3 事件處理

1、CONNECT_OK：BLE 連接成功，開始發送隊列數據。

2、SEND_REQ：有新數據需要發送，繼續處理隊列。

3、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

1、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。

2、數據接收：訂閱 "RECV_BLE_WRITE_DATA" 消息，接收來自 BLE 中心設備的寫入數據。

3、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）通過 UART1 發送到 PC 端。

6.6 ble_timer_app

6.6.1 主要功能

1、創建兩個獨立的循環定時器

一個用于定時 以 notify 方式向中心設備推送數據（需中心設備先開啟 notify 訂閱）。

一個用于定時 更新 特征值數據，中心設備需要主動讀取特征值獲取最新數據。

6.6.2 核心實現

實現兩個定時器回調函數：

send_notify_data_timer_cbfunc：發布SEND_DATA_REQ消息到 ble_server_sender 模塊。

send_write_data_timer_cbfunc：發送SEND_DATA_REQ消息到 ble_server_sender 模塊。

啟動兩個循環定時器，分別綁定上述兩個回調函數。

七、結果展示

7.1 外圍設備接收中心設備的寫入數據

注：nrf connect 作為中心設備，Air8000 作為外圍設備。

1、燒錄示例 demo 到 Air8000 核心板后，手機端打開 nrf connect 藍牙調試軟件，找到廣播的設備名稱為"LuatOS123"的設備并連接。

2、手機連接作為外圍設備的 Air8000 后，界面如下所示：

Generic Access 和 Generic Attribute 是 BLE 共有的服務，Unknown Service 為廣播者自定義添加的服務，點開 Unknown Service ,對應的是自定義的服務 UUID 和特征值 UUID 以及其屬性值。

3、中心設備發送，外圍設備被動接收

手機通過 nrf connect 中服務 UUID=0xFA00，特征值 UUID=0xEA02（可寫操作），向外圍設備發送數據。

nrf connect 操作界面如下：

luatools 日志如下：

7.2 外圍設備向中心設備發送 notify 數據

注：nrf connect 作為中心設備，Air8000 作為外圍設備。外圍設備向中心設備發送 notify 數據，需要中心設備先開啟 notify 訂閱，下圖是 nrf connec 開啟訂閱的方式，點擊圖標”↓↓↓“即可。

點擊圖標”↓↓↓“后，APP 后臺自動監聽從設備 notify 上來的數據，右滑界面，可以看到接收到的每條數據。

八、總結

本文介紹了 Air8000 的 BLE 外圍設備模式，通過示例演示了如何向中心設備發送通知數據，以及如何接收中心設備發過來的數據。

今天的內容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇