ESP32でBLE通信、ESP32からiOSでデータ受信

今回はBLE通信を使って、iOS端末でESP32から送られたデータを受信します。これが実現できれば、ESP32に繋げられたセンサの値などをiOSで受信し管理できるようになります。BLEはWiFiよりも消費電力が圧倒的に少なくて済む通信方法です。ESP32などの小型マイコンボードとの相性もとても良いのでぜひ挑戦してみてください。

▼ Bluetooth通信がはじめてな方は、はじめてのBLE通信、iOSからESP32のLチカをお読みになるのをおすすめします。

はじめてのBLE通信、iOSからESP32のLチカ

2021-07-14

▼ ESP32同士での通信でしたら「ESP-NOW」という通信方法もあります。ペアリングの必要がないので、手軽に相互通信ができます。

ESP32でESP-NOWを使って通信してみよう

2021-07-10

はじめに
1. 前回のおさらい
BLE通信でESP32のデータをiOSで受信するプログラム
1. 概要
1. ESP32（ペリフェラル）
1. iOS（セントラル）
1. Bluetooth開発に役に立つツール

はじめに

本記事を書くにあたって参考になったBluetooth関連の本を紹介します。

Bluetooth LE入門

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iOS×BLE Core Bluetoothプログラミング

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前回のおさらい

はじめに前回のおさらいです。BLE通信をはじめるには、アドバタイジングで目的のサービスを持つペリフェラルを見つけ、キャラクタリスティックを取得する必要がありました。よってペリフェラルのサービスUUIDとキャラクタリスティックUUIDの2つ以上が必要になります。

前回は、iOSからESP32へデータを送信してLチカを実現させました。よってキャラクタリスティックの属性にはWriteが必要でした。今回は、ESP32のデータをiOSで受信したいのでNotify属性を使ってデータを受信します。

ところで、この記事で扱うiOSとESP32は次のような関係になります。混乱しないよう気をつけてください。

iOS	ESP32
セントラル	ペリフェラル
マスタ	スレイブ
クライアント	サーバ

ESP32のUUIDをそれぞれ次のように決めました。

項目	値
SERVICE UUID	4fafc201-1fb5-459e-8fcc-c5c9c331914b
CHARACTERISTIC UUID	beb5483e-36e1-4688-b7f5-ea07361b26a8

これらの値はESP32のサンプルの値を使用してます。必要あればこちらのジェネレータでUUIDを生成して書き換えてください。 Online UUID Generator Tool

BLE通信でESP32のデータをiOSで受信するプログラム

概要

ESP32のGPIO32へ可変抵抗を取り付け、読み取ったアナログ値をiOSでBLE経由で受信するプログラムを作っていきます。

可変抵抗は両側をGNDと3.3Vに接続し、真ん中の端子をGPIOへ繋いでください。BLE通信を開始したらNotify通知を設定し、抵抗値をiOSで受け取りUILabeで表示させます。

ESP32（ペリフェラル）

ESP32（ペリフェラル）のArduinoで書いたプログラムです。前回のBluetooth Lチカとそれほど変わりません。ESP32でデータを通知するにはキャラクタリスティックにデータをセットして通知します。

cpp

pCharacteristic->setValue(str);
pCharacteristic->notify();

なお、ここでは文字列をセットしましたが、int型などもセットできるようです。

cpp

/*
 sendData2Iphone.ino
 https://101010.fun
*/
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLEServer.h>
#define TOUCH_PIN 32

#define SERVICE_UUID        "4fafc201-1fb5-459e-8fcc-c5c9c331914b"
#define CHARACTERISTIC_UUID "beb5483e-36e1-4688-b7f5-ea07361b26a8"
BLECharacteristic* pCharacteristic;

void sendMessage(int v) {
    char str[30];
    sprintf(str, "%d", v);
    Serial.println(str);
    pCharacteristic->setValue(str);
    pCharacteristic->notify();
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    pinMode(TOUCH_PIN, INPUT_PULLUP); // 内蔵抵抗でプルアップまたは10kΩの抵抗でプルアップ

    BLEDevice::init("ESP32 Bluetooth Server");
    BLEServer* pServer = BLEDevice::createServer();
    BLEService* pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);
    pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
        CHARACTERISTIC_UUID,
        BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY
    );

    pService->start();
    BLEAdvertising* pAdvertising = BLEDevice::getAdvertising();
    pAdvertising->addServiceUUID(SERVICE_UUID);
    pAdvertising->setScanResponse(true);
    pAdvertising->setMinPreferred(0x06);  // iPhone接続の問題に役立つ
    pAdvertising->setMinPreferred(0x12);
    BLEDevice::startAdvertising();
    Serial.println("Characteristic defined! Now you can read it in your phone!");
}

void loop() {
    int val = analogRead(TOUCH_PIN);
    Serial.println(val);
    sendMessage(val);
    delay(10);
}

iOS（セントラル）

基本的には前回のLチカプログラムと変わりません。今回はNotifyですのでキャラクタリスティックが一致したら、しっかり通知登録をしてあげます。

cpp

peripheral.setNotifyValue(true, for: kRXCBCharacteristic)

すると CBPeripheralDelegate のデリゲートメソッド func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?) でデータを受信できるはずです。

cpp

//
//  ReciveViewController.swift
//
//  Created by 101010.fun Arai on 2021/07/14.
//

import UIKit
import CoreBluetooth

class ReciveViewController: UIViewController {

    @IBOutlet weak var counterLabel:UILabel!
    

    let kUARTServiceUUID = "4fafc201-1fb5-459e-8fcc-c5c9c331914b" // サービス
    let kRXCharacteristicUUID = "beb5483e-36e1-4688-b7f5-ea07361b26a8" // ペリフェラルからの受信用

    var centralManager: CBCentralManager!
    var peripheral: CBPeripheral!
    var serviceUUID : CBUUID!
    var kRXCBCharacteristic: CBCharacteristic?
    var charcteristicUUIDs: [CBUUID]!

    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        setup()
    }

    
    
    private func setup() {
        print("setup...")

        centralManager = CBCentralManager()
        centralManager.delegate = self as CBCentralManagerDelegate

        serviceUUID = CBUUID(string: kUARTServiceUUID)
        charcteristicUUIDs = [CBUUID(string: kRXCharacteristicUUID)]
   }

}

//MARK : - CBCentralManagerDelegate
extension ReciveViewController: CBCentralManagerDelegate {
    
    func centralManagerDidUpdateState(_ central: CBCentralManager) {
        print("CentralManager didUpdateState")

        switch central.state {
            
        //電源ONを待って、スキャンする
        case CBManagerState.poweredOn:
            let services: [CBUUID] = [serviceUUID]
            centralManager?.scanForPeripherals(withServices: services,
                                               options: nil)
        default:
            break
        }
    }
    
    /// ペリフェラルを発見すると呼ばれる
    func centralManager(_ central: CBCentralManager,
                        didDiscover peripheral: CBPeripheral,
                        advertisementData: [String : Any],
                        rssi RSSI: NSNumber) {
        
        self.peripheral = peripheral
        centralManager?.stopScan()
        
        //接続開始
        central.connect(peripheral, options: nil)
        print("  - centralManager didDiscover")
    }
    
    /// 接続されると呼ばれる
    func centralManager(_ central: CBCentralManager,
                        didConnect peripheral: CBPeripheral) {
        
        peripheral.delegate = self
        peripheral.discoverServices([serviceUUID])
        print("  - centralManager didConnect")
    }
    
    /// 切断されると呼ばれる？
    func centralManager(_ central: CBCentralManager, didDisconnectPeripheral peripheral: CBPeripheral, error: Error?) {
        print(#function)
        if error != nil {
            print(error.debugDescription)
            setup() // ペアリングのリトライ
            return
        }
    }
}

//MARK : - CBPeripheralDelegate
extension ReciveViewController: CBPeripheralDelegate {
    
    /// サービス発見時に呼ばれる
    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral,
                    didDiscoverServices error: Error?) {
        
        if error != nil {
            print(error.debugDescription)
            return
        }
        
        //キャリアクタリスティク探索開始
        if let service = peripheral.services?.first {
            print("Searching characteristic...")
            peripheral.discoverCharacteristics(charcteristicUUIDs,
                                               for: service)
        }
    }
    
    /// キャリアクタリスティク発見時に呼ばれる
    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverCharacteristicsFor service: CBService, error: Error?) {
        
        if error != nil {
            print(error.debugDescription)
            return
        }

        print("service.characteristics.count: \(service.characteristics!.count)")
        for characteristics in service.characteristics! {
            if(characteristics.uuid == CBUUID(string: kRXCharacteristicUUID)) {
                self.kRXCBCharacteristic = characteristics
                print("kTXCBCharacteristic did discovered!")
            }
        }
        
        if(self.kRXCBCharacteristic != nil) {
            startReciving()
        }
        print("  - Characteristic didDiscovered")

    }
    
    private func startReciving() {
        guard let kRXCBCharacteristic = kRXCBCharacteristic else {
            return
        }
        peripheral.setNotifyValue(true, for: kRXCBCharacteristic)
        print("Start monitoring the message from Arduino.\n\n")
    }

    /// データ送信時に呼ばれる
    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didWriteValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?) {
        print(#function)
        if error != nil {
            print(error.debugDescription)
            return
        }
    }
    
    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor descriptor: CBDescriptor, error: Error?) {
        print(#function)
    }
    
    /// データ更新時に呼ばれる
    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?) {
        print(#function)

        if error != nil {
            print(error.debugDescription)
            return
        }
        updateWithData(data: characteristic.value!)
    }
    
    private func updateWithData(data : Data) {
        if let dataString = String(data: data, encoding: String.Encoding.utf8) {
            print(dataString)
            counterLabel.text = dataString
        }
    }
    
    
}

今回のプログラムでツマヅイたら、前回のBluetooth Lチカをもう一度見直してみてください。プログラム中で書き換えた箇所はそれほど多くないはずです。

はじめてのBLE通信、iOSからESP32のLチカ

2021-07-14