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【低功耗蓝牙】广播数据分析
我是鹏老师
2022年01月26日 19:16
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共6篇

摘要

本文章主要介绍了蓝牙广播的概念，蓝牙广播数据的组织格式，最后通过ESP32芯片平台验证了上述理论的正确性，给出了具体的代码供各位读者参考。

蓝牙广播

低功耗蓝牙工作在2.4GHz频段，频率范围为 2402MHz – 2480 MHz，每2MHz一个信道，共40个信道，其中为3个广播信道，剩余的37为个数据信道。

蓝牙信道

蓝牙广播就是在这 3 个广播信道上，以一定的数据格式通过电磁波发射数据。

蓝牙广播数据格式

蓝牙广播包的最大长度是37个字节，其中设备地址占用了6个字节，只有31个字节是可用的。这31个可用的字节又按照一定的格式来组织，被分割为n个AD Structure。如下图所示：

蓝牙广播数据格式

如上图所示，每个AD Structure包含又包含三部分，分别是：

Length(1字节)，AD Type(1字节)，AD Data(n字节)

其中Length = AD Type 长度 + AD Data 长度

例如，如下广播数据：

代码块
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0x04,0x09,0x41,0x42,0x43,0x03,0x19,0x80,0x01
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按照蓝牙的广播数据格式可以解析为 2 个AD Structure，如下图：

蓝牙广播数据分解

上述数据的第一个字节 0x04 是第一个AD Structure的长度，表示后面有4个字节的数据属于该AD Structure，分别是 0x09, 0x41, 0x42, 0x43， 后面的数据 0x03 是第二个 AD Structure 的长度，表示后面有3个字节的数据属于该AD Structure，分别是 0x19, 0x80, 0x01 。

通过上述方法，我们可以将蓝牙广播数据格式分割成若干个 AD Structure ，但是想要知道每一个 AD Structure 的含义，还必须知道广播结构体中 AD Type 的含义。AD Type 由蓝牙组织联盟指定并发布，可以在蓝牙官方网站上下载相关文档，常用的 AD Type 及其含义如下：

常见 AD Type

完整的的AD Type定义可以从这里下载：https://btprodspecificationrefs.blob.core.windows.net/assigned-numbers/Assigned%20Number%20Types/Generic%20Access%20Profile.pdf

现在我们有了 AD Type 的定义，接下来我们分析下列广播数据的具体含义：

代码块
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0x05,0x09,0x31,0x32,0x33,0x34,0x02,0x0A,0x08,0x06,0xFF,0x41,0x50,0x50,0x4C,0x45
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首先把他分割成一个个AD Structure，分割后如下图所示：

代码块
Python
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复制代码
0x05,0x09,0x31,0x32,0x33,0x34
0x02,0x0A,0x08
0x06,0xFF,0x41,0x50,0x50,0x4C,0x45
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一共可以分割成三个AD Structure： 第一个AD Structure的长度为 0x05，类型为 0x09(完成的设备名称)，那么该AD Structure 余下的数据含义就是完整的设备名称，0x31,0x32,0x33,0x34 按照UTF-8编码，就是1234。

第二个AD Structure的长度为 0x02，类型为 0x0A(发射功率)，那么后面的数据 0x08 表示的就是发射功率。

第三个AD Structure 的长度为 0x06，类型为 0xFF(厂商自定义数据)，余下的数据 0x41,0x50,0x50,0x4C,0x45 , 就是厂商自定义的内容。

通过上面的示例，我想大部分读者应该都理解蓝牙广播数据格式了吧！接下来，我们就通过实践验证下上面的理论。

蓝牙广播数据实践

接下来的实验使用的是ESP32芯片平台，Micro Python编程语言，uPyCraft开发环境，nRF Connect 手机APP：

蓝牙实验平台

关于开发环境搭建，可以看看我之前的这个视频哈：

22:39
【ESP32教程】第一章: 开发环境搭建，基本外设使用
4.7万
450

我们在开发环境中新建文件，键入如下代码，并运行：

代码块
Python
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from machine import Pin
from time import sleep_ms
import ubluetooth   #导入BLE功能模块

ble = ubluetooth.BLE()  #创建BLE设备
ble.active(True)  #打开BLE

#设置BLE广播数据并开始广播
ble.gap_advertise(100, adv_data = b'\x02\x01\x06\x03\x09\x41\x42')
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上面的代码很简单，仅仅是导入蓝牙功能，创建BLE实体，打开BLE，设置BLE的广播参数。

广播参数主要设置了蓝牙的广播时间间隔为100mS，广播数据为:

打开nRF Connect 手机APP(开启蓝牙和定位的权限)，可以搜搜的如下设备：

蓝牙设备搜索页面

进一步点击 RAW 按钮，可查看原始广播数据，示例如下: 

原始广播数据

特别注意：

ADType 0x01 表示的是设备标识，其含义如下：

设备标识的定义

我们的设备只支持LE(低功耗蓝牙)，不支持BR/EDR(经典蓝牙)，一般都将设备设为处于普通发现模式，所以我们只设置Bit1和Bit2，即0x06（b00000110）。

中文设备名称

播的时候，有家人问，能否将蓝牙设备名称改为中文呢？

当然是可以的，蓝牙名称采用的是UTF-8编码，理论上可以编码出任意国家的文字和字符。

在Python语言中，可以使用 .encode("UTF-8&#​34;) 将字符串转换成UTF-8编码的数组，需要注意的是，一个汉字转换成 UTF-8 编码后，将占用3个字节的存储空间。

比如，要将蓝牙设备的名称改为 中 ，可以使用如下代码：

代码块
Python
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from machine import Pin
from time import sleep_ms
import ubluetooth  #导入BLE功能模块

ble = ubluetooth.BLE()  #创建BLE设备
ble.active(True)  #打开BLE

#设置BLE广播数据并开始广播
ble.gap_advertise(100, adv_data = b'\x02\x01\x06\x04\x09' + "中".encode("UTF-8"))
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按照上面的方式，不仅可以将设备名称设置为中文，甚至可以设置成任何国家的语言或者符号，同学们可以自己试一试。

扫描请求和扫描响应

蓝牙设备除了可以通过上述方式，主动的发射广播数据外，还可以接受其他设备的扫描请求，从而响应额外的数据，二者的区别如下:

广播是蓝牙从机设备 主动 发出的数据。

而扫描响应是， 当蓝牙主机收到从机的广播数据后，如果想要进一步了解该从机设备的信息，可以向从机设备发送扫描请求，从机收到扫描请求后，向对应的主机回复扫描响应。

扫描响应示意图

扫描响应的数据格式和蓝牙广播的数据格式完全一样，其作用也基本一样，那为什么还要设置这么一个扫描响应数据呢？

我们前文中讲到，蓝牙的广播数据最多是31个字节，如果广播数据太多，这31个字节装不下时，我们就可以将一部分不太重要的数据放到扫描响应数据里面，来分担广播数据的工作。

通过如下方式可以设置蓝牙的扫描响应数据：

代码块
Python
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复制代码
from machine import Pin
from time import sleep_ms
import ubluetooth         #导入BLE功能模块

ble = ubluetooth.BLE()    #创建BLE设备
ble.active(True)          #打开BLE

#设置BLE广播数据并开始广播
ble.gap_advertise(100, adv_data = b'\x02\x01\x06\x03\x09\x41\x42', resp_data = b'\x03\xFF\x4C\x00')
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如上述代码，将扫描响应数据设置为 0x03,x0FF,0x4C,0x00

后面的文章会继续讲解蓝牙相关的知识，欢迎关注！

蓝牙 ESP32 MicroPython BLE 广播数据
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