内容介绍

项目介绍

本次设计中实现的是基于XG24-EK2703A实现的蓝牙温度计。通过EFR32MG24芯片内部的温度传感器作为数据来源，通过蓝牙将温度数据通知给连接上来的客户端。在接收器方面，由于电脑硬件不具备BLE的适配器，因此采用的是一个片ESP32C3的开发板，其通过蓝牙连接到XG24-EK2703A开发板，获取其发布的CPU温度信息，同时通过串口将温度信息发送给PC机，PC机上通过Python编写一个程序将获取的温度信息绘制成曲线图展示出来。

实现方案

硬件连接

如下图所示，为本次设备的连接图。

最上边的是本次活动的目标板卡：XG24-EK2703A评估版，其搭载的主芯片是Silicon Labs公司的EFR32MG24，该芯片支持2.4GHz无线通信，兼容蓝牙LE、蓝牙mesh、Zigbee、Thread和Matter协议。该评估版上运行的程序会以100ms的周期将芯片温度发布给连接上来的终端，实现芯片温度的自动上报。

下边的是用来为PC机增加BLE连接支持的Luat ESP32C3开发板，其上搭载的主芯片是乐鑫公司的ESP32C3，该芯片搭载 RISC-V 32 位单核处理器，支持 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE)。该板卡会自动通过BLE连接XG24-EK2703A评估版，然后将XG24-EK2703A发布的温度信息进行解析，然后通过串口发送给连接的电脑

XG24-EK2703A

Silicon Labs公司与开源社区进行进行合作针对于XG24-EK2703A评估版进行Circuitpython适配。

Circuitpython是一个运行在微控制器上的精简版的Python代码解释器，通过该解释器可以实现在微控制器上使用Python代码进行编程，不需要频繁的进行固件烧录，且可以使用大量的库进行各种功能实现，大大提高了开发速度。

针对于XG24-EK2703A评估板的Circuitpython最新版本为9.0 Beta-2，本次设计中使用的就是该固件。

固件烧录

在Simplicity Studio IDE中连接目标板卡，选择COMPATIBLE TOOLS -> Simplicity Commander

在Simolicity Commander中选择Flash，点击Browse浏览要写入的固件，点击Flash等待写入完成即可

代码实现

如下代码为实现CPU温度采集并通过BLE通知连接终端的程序实现。

1. 首先依照官方API文档的相关描述，导入需要使用的模块；

2. 进行模块的对象实例化的同时完成初始化配置；

3. 循环中检查是否有设备接入，如果存在设备连接，则获取芯片温度信息，让后通知给该设备

获取芯片温度信息代码如下：

import microcontroller
import time

while True:
    print('temp: %d' % microcontroller.cpu.temperature)
    time.sleep(5)

完整代码如下所示：

import time
import board
import analogio
import microcontroller
from adafruit_ble import BLERadio
from adafruit_ble.advertising.standard import ProvideServicesAdvertisement
from adafruit_ble.services.nordic import UARTService

ble = BLERadio()
uart_server = UARTService()
advertisement = ProvideServicesAdvertisement(uart_server)

while True:
    ble.start_advertising(advertisement)
    while not ble.connected:
        pass
    ble.stop_advertising()

    while ble.connected:
    		# 当客户端链接的时候，每隔100ms发送一次CPU温度信息
        uart_server.write("{}\n".format(microcontroller.cpu.temperature).encode("utf-8"))
        time.sleep(0.1)

ESP32C3

ESP32C3是乐鑫公司生产的一块面向物联网领域的无线芯片，具备2.4G WIFI连接以及BLE5的能力，本次使用的就是将其作为BLE客户端连接XG24-EK2703A评估板进行温度信息获取。

ESP32C3支持ESP-IDF、Arduino、Micropython、lua等多种开发方式，目前在电子爱好者领域使用最广泛的就是基于Arduino进行开发，这种开发方式资料多，因此本次使用该方式进行功能开发。

代码实现

如下为ESP32C3的代码，主要用于自动连接XG24-EK2703A评估板，在获取到温度信息后将其通过串口输出到PC机。

1. 进行BLE相关的初始化，同时开启BLE扫描；

2. 在BLE扫描的结果回调函数中，检查该设备的服务UUID中是否包含XG24-EK2703A评估板的UUID，如果是则执行连接操作；

3. 在连接上XG24-EK2703A评估板，在收到通知消息时，将温度信息解析输出，并按照特定的格式从串口输出

如下代码为初始化代码，主要时蓝牙搜索相关参数进行配置

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("Starting Arduino BLE Client application...");
  BLEDevice::init("");

  BLEScan* pBLEScan = BLEDevice::getScan();
  pBLEScan->setAdvertisedDeviceCallbacks(new MyAdvertisedDeviceCallbacks());
  pBLEScan->setInterval(1349);
  pBLEScan->setWindow(449);
  pBLEScan->setActiveScan(true);
  pBLEScan->start(60, false);
}

如下代码主要用于在接收到XG24-EK2703A评估板的温度信息的回调处理，通过串口发送出去

static void notifyCallback(
  BLERemoteCharacteristic* pBLERemoteCharacteristic,
  uint8_t* pData,
  size_t length,
  bool isNotify) {
    Serial.print("temperature=");
    Serial.write(pData, length);
}

如下代码主要用于在搜索到BLE设备时的回调函数，在其中进行UUID的检查

class MyAdvertisedDeviceCallbacks: public BLEAdvertisedDeviceCallbacks {
  void onResult(BLEAdvertisedDevice advertisedDevice) {
    if (advertisedDevice.haveServiceUUID() && advertisedDevice.isAdvertisingService(serviceUUID)) {
      BLEDevice::getScan()->stop();
      myDevice = new BLEAdvertisedDevice(advertisedDevice);
      doConnect = true;
      doScan = true;
    } 
  } 
};

PC

PC机主要通过USB线连接ESP32C3开发板，通过串口从ESP32C3上获取XG24-EK2703A评估板发布的芯片温度值，并将其进行解析，然后将数据收集起来绘制成曲线图

代码实现

1. 采用波特率115200打开与ESP32C3连接的COM口

2. 检测COM口获取数据是否为温度信息

3. 将温度信息存储到Y轴数据数组中

4. 进行绘图

Python打开ESP32C3的串口代码如下

import serial
import matplotlib.pyplot as plt

com = serial.Serial("COM20", 115200)  # 打开COM17，将波特率配置为115200，其余参数使用默认值
if com.isOpen():  # 判断串口是否成功打开
    print("打开串口成功。")
    print(com.name)  # 输出串口号
else:
    print("打开串口失败。")

Python读取温度信息并更新到波形图中代码如下

# 设置绘图窗口
plt.grid(True)
plt.xlabel("time")
plt.ylabel("temp")
plt.title("EFR32MG24 CPU TEMP")
plt.ion()

# 循环读取串口数据并绘制曲线图
while True:
    try:
        # 读取串口数据
        try:
            msg = com.readline().decode('utf-8').strip()
        except UnicodeDecodeError:
            msg = None

        if msg is not None and "temperature" in msg:
            temperature = float(msg.split("=")[1])
            print(temperature)

            # 将数据添加到列表中
            y_data.append(temperature)
            x_data.append(x_count)
            x_count = x_count + 1
    except KeyboardInterrupt:
        break

    # 更新曲线图
    plt.clf()
    plt.plot(x_data, y_data)
    plt.pause(0.01)
    #plt.ioff()

结果展示

如下图为采集的目标设备以及用来作为BLE数据接收的ESP32C3开发板

如下图为PC上使用XG24-EK2703A评估板传递过来的芯片温度信息绘制出来的曲线图，其中温度变高是进行一些轻微加热导致，温度降低是停止加热；左下角的console中显示的温度实时采集到的温度数据。

小结

通过本次活动的XG24-EK2703A评估板开发板，了解了BLE相关开发知识以及概念。同时，再一次见识到不需要重复造轮子的好处，可以快速的搭建功能原型，进行功能验证。

也希望电子森林后续越办越好，能够提供更多的机会去了解到不同的方案以及轮子。