BLE چیست؟ آموزش بلوتوث کم انرژی یا کم مصرف

سلام. مطبی را برای آموزش BLE یا همان بلوتوث کم مصرف که به آن بلوتوث کم انرژی نیز گفته میشود آماده کرده ایم. در اینجا اصطلاحات مربوط به آن را به طور کامل بررسی میکنیم.

بلوتوث به عنوان استانداردی برای برقراری ارتباط بیسیم، با استفاده از موج های رادیویی با برد کم کار میکند. بلوتوث که در معنای لغوی یعنی دندان آبی، یک نام تجاری برای شبکه های بیسیم است که با استاندارد IEEE 802 15 شناخته میشوند. Bluetooth در سال 1994 میلادی توسط پاپ هارتسن اختراع شد و یک تحول بزرگ در زمینه ارتباط بدون سیم بوجود آورد. بلوتوث در اکثر وسایل الکترونیکی استفاده شد زیرا دارای سرعت مناسب انتقال اطلاعات، پیکربندی آسان و عدم ایجاد اختلال با سایر موج ها بود. همانطور که میدانید بلوتوث همیشه در حال یافتن دستگاه های اطراف است و بنابراین مصرف انرژی بالایی دارد بنابراین در دستگاه هایی که منبع انرژی کم بود یا محدودیت در اندازه وجود داشت، بلوتوث کارآمد نبود. بنابراین برای رفع این مشکل، BLE یا همان بلوتوث کم مصرف ابداع شد.

بلوتوث کم مصرف چیست؟

در ابتدا باید بدانیم اصلا بلوتوث کم مصرف چیست ؟ BLE مخفف Bluetooth Low Energy است. این فناووری مصرف انرژی در ارتباط بلوتوثی را بسیار کم میکند. این فناوری با دارا بودن حالت Sleep یا خواب مصرف برق توسط بلوتوث را بسیار کاهش میدهد. مثلا شما یک هندزفری دارید که از ارتباط بلوتوث استفاده میکند. هنگامی که در حال گوش دادن به موسیقی یا در حال مکالمه نباشید، BLE مصرف انرژی توسط بلوتوث را به حداقل میرساند. یعنی فقط در هنگامی که بلوتوث استفاده میشود مصرف انرژی آن مانند سایر نسخه های بلوتوث است.

پیشنهاد میکنم پروژه های زیر که در مورد استفاده از بلوتوث کم انرژی هستند را مشاهده کنید :

• ساخت سرور بلوتوث کم مصرف BLE با ESP32 (+پروژه نمایش میزان باتری)
• آموزش کامل ارتباط اندروید و STM32 با بلوتوث
• پروژه برقراری ارتباط اندروید و رزبری پای با بلوتوث و کنترل پین ها
• کنترل LED ماتریسی MAX7219 با آردوینو و بلوتوث اندروید
• کنترل وسایل خانه با موبایل اندروید و بلوتوث برد ESP32

سرور BLE چیست؟

BLE را می توان برنامه ریزی کرد تا به عنوان سرور یا به عنوان مشتری (Client) کار کند. هنگام کار به عنوان سرور ، BLE فقط می تواند داده هایی را ارائه دهد که نمی تواند یک اتصال را آغاز کند. سرور می تواند اطلاعات را فقط در صورت درخواست مشتری برای آن ارسال كند.

معمولاً از BLE ESP32 به عنوان سرور استفاده می شود. هر سرور یک یا چند سرویس در درون خود خواهد داشت و به طور مشابه هر سرویس دارای یک یا چند ویژگی مرتبط با آن خواهد بود. یک ویژگی ممکن است صفر ، یک یا بیش از یک توصیف کننده در داخل آن داشته باشد. هر سرویس ، مشخصه یا توصیف کننده دارای یک شناسه از پیش تعریف شده خاص خود با نام UUID خواهد بود.

کلاینت BLE چیست؟

BLE Client: کلاینت یا مشتری می تواند اتصال و گوش دادن به سایر دستگاه های بلوتوث را اسکن کند. تلفن همراه شما می تواند یک مثال باشد. توجه داشته باشید که بیشتر دستگاه های سخت افزاری BLE می توانند هم به عنوان سرور و هم به عنوان مشتری کار کنند ، در نتیجه این نرم افزار است که نقش دستگاه را تعیین می کند.

کاربرد بلوتوث کم انرژی

برچسب های هوشمند یا همان Smart Tag ها نوعی از کاربرد های بلوتوث کم انرژی هستند و به طور واضح مزیت های این تکنولوژی را نمایش میدهد. با اتصال هر یک از این برچسب ها به وسایل موجرد نظر، اطلاعات مختلفی که در این برچسب های هوشمند موجود است، از طریق BLE بر روی کامپیوتر ها، تلفن های همراه هوشمند، تبلت ها و … مشاهده خواهد شد. نکته جالب این است که این برچسب ها برای ماه ها و حتی سال ها میتوانند بدون نیاز به شارژ مجدد کار کنند.

بلوتوث هوشمند یا همان Smart Bluetooth میتواند تا فاصله 100 متری را تحت پوشش قرار دهد. به همین دلیل میتوان از این فناوری در موارد گوناگونی استفاده کرد. به طور مثال در موارد پزشکی و ورزشی برای اندازه گیری فشار خون، ضربان قلب، دمای بدن، سرعت، قدرت و …  یا در خودرو ها برای پیدا کردن ماشین در خیابان ها و پارکینگ های شلوغ و بزرگ. یا برای یافتن وسایل ارزشمند مثل کلید ها، موبایل، کیف پول و…

اصطلاحات BLE

Peripheral Device / Central Device: در یک شبکه BLE تنها یک دستگاه مرکزی وجود دارد ، اما می تواند به اندازه نیاز دستگاه های جانبی داشته باشد. دستگاه مرکزی می تواند همزمان به همه دستگاه های جانبی وصل شود ، اما دستگاه جانبی می تواند تنها به دستگاه مرکزی متصل شود ، از این طریق هیچ دو دستگاه جانبی نمی تواند داده ها را بین یکدیگر به اشتراک بگذارد.

BLE Advertising: تبلیغات BLE اصطلاحی عجیب و غریب برای راهنمایی دستگاه بلوتوث است که برای همه قابل رویت باشد تا بتواند جفت شود و اتصال برقرار کند .این امر می تواند به عنوان یک ارتباط یک طرفه در نظر گرفته شود. در اینجا سرور داده های تبلیغاتی را در انتظار برای دریافت آن ها توسط یک سرور نگه می دارد. BLE Beacon نوعی تبلیغات BLE است.

UUID = Universal Unique Identifier: در هنگام برنامه نویسی توسط برنامه نویس ، به هر دستگاه بلوتوث BLE شماره شناسایی منحصر به فرد جهانی داده می شود. شما می توانید از این شناسه به عنوان دنباله ای از اعداد استفاده کنید که عملکرد / نقش دستگاه BLE را نشان می دهد. باز هم دو نوع UUID وجود دارد. یکی Service UUID و دیگری UUID Characteristic.

GATT Service: گات مخفف Generic Attribute Profile است. این سرویس روش های استانداردی را تعریف می کند که با استفاده از آنها باید دو دستگاه BLE همیشه ارتباط برقرار کنند. این پروتکل یک ویژگی (ATT) از پیش تعریف شده است و برای همه دستگاه های BLE قابل استفاده است ، بنابراین به این ترتیب هر دو دستگاه BLE می توانند یکدیگر را شناسایی کنند.

BLE Service / BLE characteristic: سرویس UUID به ما می گوید دستگاه BLE چه نوع خدمتی را انجام می دهد و UUID Characteristic می گوید پارامترها یا عملکردهایی که توسط آن سرویس انجام می شود چیست. بنابراین هر سرویس یک یا چند ویژگی را در خود خواهد داشت.خب، برنامه نویس این UUID را از کجا دریافت می کند؟ هر UUID قبلاً توسط GATT تعریف شده است که می توانید به این لینک مراجعه کنید و UUID را مطابق آنچه در پروژه تان مورد نیاز است انتخاب کنید.

حالا با اصطلاحات جدید آشنا شدید بهتر است با یک مثال این اصطلاحات را درک کنیم.

بیایید دستگاه BLE یک پخش کننده صوتی را فرض کنیم. در ابتدا وقتی آن را با تلفن خود جفت می کنید ، تلفن شما آن را به عنوان یک وسیله صوتی شناسایی می کند و همچنین میزان باتری را در نوار وضعیت نشان می دهد. بنابراین برای این اتفاق ، پخش کننده صوتی باید به نوعی به تلفن شما بگوید که حاضر است میزان باتری و درصد شارژ موجود در آن را به اشتراک بگذارد. این کار با استفاده از UUID انجام می شود ، UUID خاصی وجود دارد که می گوید دستگاه BLE می خواهد جزئیاتی درباره میزان باتری این UUID ارائه دهد. باز هم پارامترهای زیادی وجود دارد که باید برای تکمیل یک سرویس مانند ارسال مقدار باتری رد و بدل شود، هر پارامتر UUID خاص خود را دارد و این UUID همان Characteristic UUID می گویند.

BLE Descriptor: توصیفگر یک ویژگی اختیاری است که در داخل Characteristic قرار دارد. توصیف کننده به طور معمول نحوه دستیابی به Characteristic را مشخص می کند.

BLE Beacon: بلوتوث بیکن “Bluetooth Beacon” بیشتر شبیه به سوئیچ مجاورت است که هنگام ورود کاربر به محدوده ای (نزدیکی) ، برخی از اقدامات از پیش تعریف شده را انجام می دهد. یعنی مشخصات و هویت خود را همیشه تبلیغ می کند و از این رو آماده است که همیشه جفت شود.

BLE2902: من هنوز نسبت به این مورد شک و تردید دارم ، اما شما می توانیدآن را به عنوان بخشی از نرم افزار از طرف مشتری در نظر بگیرید که به سرور اطلاع می دهد تا نوتیفیکیشن را روشن یا خاموش کند. پس این به ما در صرفه جویی در مصرف انرژی کمک می کند.

سوالات متداول

بلوتوث کم مصرف چیست؟

BLE مخفف Bluetooth Low Energy است. این فناووری مصرف انرژی در ارتباط بلوتوثی را بسیار کم میکند. این فناوری با دارا بودن حالت Sleep یا خواب مصرف برق توسط بلوتوث را بسیار کاهش میدهد.

سرور BLE چیست؟

هنگام کار به عنوان سرور ، BLE فقط می تواند داده هایی را ارائه دهد که نمی تواند یک اتصال را آغاز کند. سرور می تواند اطلاعات را فقط در صورت درخواست مشتری برای آن ارسال كند.

بلوتوث کم انرژی چه کاربردی دارد؟

به طور مثال در موارد پزشکی و ورزشی برای اندازه گیری فشار خون، ضربان قلب، دمای بدن، سرعت، قدرت و …  یا در خودرو ها برای پیدا کردن ماشین در خیابان ها و پارکینگ های شلوغ و بزرگ. یا برای یافتن وسایل ارزشمند مثل کلید ها، موبایل، کیف پول و…