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ble-nano介绍

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什么是ble-nano

​ ble-nano是emakefun公司基于官方标准Arduino Nano V3.0主板上集成低功耗蓝牙芯片而开发一款具备无线蓝牙功能的开发板，它的功能和引脚，使用方法，完全兼容标准的Arduino Nano V3.0主板，工作频段为2.4GHZ 范围，调制方式为 GFSK， 接收灵敏度-96dBm，最大发射功率为+5db，最大发射距离超过200米，采用RISC-V架构CH573芯片设计，支持用户通过AT命令查看修改设备名、服务UUID、发射功率、配对密码等指令，方便快捷使用。产品身材非常小，适合于很多对于体积有苛刻限制的应用。

​ 提供Android和IOS手机demo，你可以借助Arduino应用生态，快速开发出一款与手机通信的硬件设备。正如现在非常火爆的可穿戴式手机周边设备，都可以用ble-nano这款平台开发，你可以使用ble-nano与BLE蓝牙设备连接，也可以两个ble-nano主从通信。同时我们为开发者提供了极大的自由度和支持准备，用户不仅可以通过AT指令调试ble-nano，你还可以在ble-nano控制器上添加Arduino兼容的扩展板、传感器、电机和舵机驱动等，

系统架构图

diagram

核心参数

低功耗蓝牙BLE参数

  • BLE芯片: RISC-V架构ch57xF芯片（高度兼容TI CC2540蓝牙SOC）
  • 工作频道: 2.4G
  • 0dBm 发送功率时电流 6mA
  • 接收灵敏度 -96dBm，可编程+5dBm 发送功率 。
  • 传输距离：空旷情况下，在0dB发送功率通讯距离约170m，在 3dBm 发送功率时约 240m
  • 支持usb串口，arduino串口，蓝牙三种方式，AT指令配置，支持主从模式切换
  • 支持USB虚拟串口，硬件串口，BLE三向透传
  • 主机模式下支持蓝牙自动连接从机

主控核心参数

  • 处理器: ATmega328P-MU QFN32
  • 数字IO引脚：22个(其中6个用作PWM输出)
  • 模拟输入引脚：8 (A0~A7)
  • IO引脚直流电流：40mA
  • 5V 引脚电流：VIN输入时500mA
  • 3.3V引脚电流 : 500mA
  • Flash内存：32KB(其中0.5KB用于引导加载程序)
  • SRAM： 2KB
  • EEPROM： 1KB
  • USB转串口芯片： CH57xF芯片，兼容arduino官方uno驱动
  • 工作时钟：16 MHZ

参数对比

arduino nano , ble-nano3.0, ble-nano4.2 ble-nano5.3 四款产品对比表格

名字 nano ble-nano3.0 ble-nano4.2 ble-nano5.3
图片
主控芯片 ATmega328P-AU(QFP32) ATmega328P-MU(QFN32) ATmega328P-MU(QFN32) ATmega328P-MU(QFN32)
BLE 无 TI CC2540蓝牙4.0
0dBm发射 距离30米 功耗24mA		 WCH CH571F BLE4.2
0dBm距离150m 发射功耗6mA		 BLE5.3
距离300m
驱动 CH340G串口芯片 CC2540驱动 兼容Arduio Uno驱动 兼容Arduio Uno驱动
参数 PCB尺寸：45x18mm
双面贴片		 PCB尺寸：49x19mm
双面贴片		 PCB尺寸：48x18mm
单面贴片		 PCB尺寸：48x18mm
单面贴片
邮票孔
接口 Mini-Usb接口 Micro-Usb接口 Type C Type C

引脚说明

PinOut

原理图

原理图下载

ble-name_sch

尺寸标注图

ble-nano_dimensional_drawing

指示灯说明

  • B: 蓝牙连接状态指示灯-当蓝牙未链接时，1s间隔闪烁，当蓝牙连接上后常亮；蓝牙接收或者发送数据时，会快闪
  • RX TX: 串口收据收发指示灯
  • L 为 arduino的13引脚blink灯

ble-nano驱动安装

ble-nano的usb采用的是兼容Arduino的官方串口驱动，所以安装驱动的方法和官方Arduino Uno驱动是一致的.

ble-nano通过Arduion IDE上传程序

ble-nano烧写的为最新Arduino Nano官方Bootloader所以需要使用IDE 1.8.8版本以上来烧写程序 请前往 Arduino官网 载最新IDE

选择开发板类型为Arduino Nano 处理器为 ATmega328P，如下图

ide

ble-nano和电子设备连接

ble-nano和安卓手机连接

1) 打开ble控制程序ble_control_led.ino主板上Link（引脚13）上的LED灯程序

String ble_data;
int led_pin = 13;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  ble_data = "";
  pinMode(led_pin, OUTPUT);
}

void loop() {
  while (Serial.available() > 0)  
  {
      ble_data += char(Serial.read());
      delay(2);
  }
  if (ble_data.compareTo("on") == 0) {
    Serial.println("turn on led");
    digitalWrite(led_pin, HIGH);
  }
  if (ble_data.compareTo("off") == 0) {
    Serial.println("turn off led");
    digitalWrite(led_pin, LOW);
  }   
  ble_data = "";
}

2) 安卓或则IOS从设置中是无法连接使用的，因为手机设置都是只能连接经典蓝牙兼容蓝牙耳机，蓝牙麦克风等外设，不能连接低功耗蓝牙。安卓手机（android4.2系统版本以上）安装BleToolsTest 可以参考开源Android源代码 (注意需要打开蓝牙，和定位权限)如下图操作）

打开手机定位 允许BLE测试工具定位权限
location_permissions1 location_permissions2

3）打开测试APP,界面。找到对应的蓝牙名（ble-nano4.2/ble-nano5.3）并点击进行连接，此时会出现4个选项，分别用于测试不同的功能，因为这里我们只测试蓝牙是否可以正常收发数据，所以我们选择SK Service入，再选择SK_KEYPRESSED

连接蓝牙名字 选择service 选择char service
location_permissions1 location_permissions1 location_permissions1

4) 我们选择“SK-KEYPRESSED”,点击后如图3.1.9我们可以看到有一个“写入”按键，点击即可进入，我们点击“红色框”即可输入想发送的数据，输入完成后点击“发送”即可将数据发出去
location_permissions1 location_permissions1

5) 点击发送字符串"on"后，打开ArduinoIDE的串口监视器上打印 turn on led，同时观察ble-nano上的L灯点亮，代表app蓝牙控制主板上的L灯成功，同样的方法发送字符串“off”后，ble-nano上的L灯会熄灭。到此我们安卓手机蓝牙测试完成。

ble-nano和苹果手机/电脑/平板连接

1) 在APP store 中搜索LightBlue,下载软件LightBlue RExplorer，并打开。
location_permissions1 location_permissions1

2) 安装APP后，打开APP扫描到ble-nano,并连接
location_permissions1 location_permissions1

4) 选择字符类型，并点击Write new value，输入字符即可给ble-nano发送数据。
location_permissions1 location_permissions1 location_permissions1

5) 点击done后会发送字符串"on"后，打开ArduinoIDE的串口监视器上打印 turn on led，同时观察ble-nano上的L灯点亮，代表app蓝牙控制主板上的L灯成功，同样的方法发送字符串“off”后，ble-nano上的L灯会熄灭。到此我们IOS蓝牙测试完成。

ble-nano和win10蓝牙连接

笔记本电脑win10的设置里面蓝牙也无法在设置里面直接和ble-nano连接的，它只能连接经典蓝牙，去微软官方应用商城下载Bluetooth LE Explorer

如果我们想通过win10自带蓝牙和ble-nano那么你需要基于Microsoft官方BLE SDK二次开发，请查看开发者说明 https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/uwp/devices-sensors/gatt-server 以及视频 https://channel9.msdn.com/Events/Build/2017/P4177 很幸运win10提供了专业的源代码请参考 https://github.com/Microsoft/Windows-universal-samples/tree/master/Samples/BluetoothLE https://github.com/Microsoft/BluetoothLEExplorer 当然这是一个非常麻烦的事情，假如不是必要的话，强烈建议使用2块ble-nano设备来完成你的想法，详细参考后面章节。

AT指令介绍

AT指令集

ble-nano的AT指令可通过Arduino自带的硬件串口0（RX)、1 (TX）控制，波特率支持9600、19200、38400、57600、115200。ble-nano串口默认波特率为115200bps。

AT指令还可以通过直连TypeC数据线直连控制和APP的为0xFFE2的characteristics来控制。

（注：发AT指令时必须回车换行， AT指令只能在模块未连接状态下才能生效，一旦蓝牙模块与设备连接上，蓝牙模块即进入数据透传模式。AT指令区分大小写，均以回车换行字符结尾：\r\n））

序列 指令 描述 主(Master)/从(Slave) 默认
1 AT 测试 M/S
2 AT+ALL 打印ble-nano所有的配置信息 M/S
3 AT+RESET 软件复位BLE蓝牙芯片 M/S
4 AT+TARGE_RESET 复位Arduino(Atmega328P芯片) M/S
5 AT+VER 查看ble-nano固件版本号 M/S
6 AT+BAUD 配置串口波特率 M/S 115200
7 AT+NAME 查看配置蓝牙广播名字 ble-nano
8 AT+MAC 查看设置蓝牙12位mac地址 M/S
9 AT+AUTH 设置蓝牙连接是否需要鉴权 S 0
10 AT+PASS 设置蓝牙连接密码 S 123456
11 AT+ROLE 配置主从模式 M/S 1
12 AT+SCAN 扫描周边的蓝牙设备 M
13 AT+CONN 连接扫描结果对应下标的蓝牙设备 M
14 AT+CON 连接对应mac地址的蓝牙设备 M
15 AT+AUTOCON 自动绑定连接上次成功连接的从机设备，重启生效 M 0
16 AT+DISCON 断开当前的连接 M
17 AT+MODE 设置蓝牙工作模式 M/S 0
18 AT+BLEUSB 设置蓝牙的USB和蓝牙数据传输模式 M/S 0
19 AT+TXPOWER 设置蓝牙发射功率 M/S 0
20 AT+MINI_INTERVAL 设置ble-nano最小通信间隔 M/S 6
21 AT+MAX_INTERVAL 设置ble-nano最大通信间隔 M/S 6
22 AT+SERVUUID 获取蓝牙特征码SERVUUID M/S 0xFFE0
22 AT+CHARUUID 获取字符特征码CHARUUID M/S 0xFFE1
23 AT+SETTING 恢复出厂系统设置,带参数 M/S
24 AT+SLEEP（暂未实现） 设置睡眠模式 M/S

AT指令集详细说明

1、测试指令

指令 响应 参数
AT OK 无

2、打印ble-nano的所有配置信息

指令 响应 参数
AT+ALL 详细配置信息
OK		 无

3、软件复位蓝牙芯片指令

指令 响应 参数
AT+RESET 无 无

4、复位Arduino主控指令

指令 响应 参数
AT+TARGE_RESET OK 无

5、查询ble-nano固件版本

指令 响应 参数
AT+VER +VERSION=v1.0
+DATE=Apr 16 2023
+TIME=
OK		 无

6、配置串口波特率

指令 响应 参数
AT+BAUD=< Param> +BAUD=< baud >
OK		 0:9600
1:19200
2:38400
3:57600
4:115200

7、配置蓝牙名字指令

指令 响应 参数
AT+NAME=< Param > +NAME=< param >
OK		 蓝牙名字

8、查询或者设置蓝牙的Mac地址

指令 响应 参数
AT+MAC +MAC=< Result >
OK		 无

9、查询设置蓝牙主从模式

指令 响应 参数
AT+ROLE=< Param > +ROLE=< Param >
OK		 0:主机
1:从机

10、蓝牙主机模式下扫描附近从机

指令 响应 参数
AT+SCAN +SCAN
OK
mac[1]:xxxx
mac[2]:xxxx
……
无

11、通过扫描返回下标连接从机蓝牙

指令 响应 参数
AT+CONN=< Param > OK+CONN=< Param > 扫描从机蓝牙下标数字

12、通过Mac地址连接从机蓝牙

指令 响应 参数
AT+CON=< Param > OK+CON=< Param > 从机蓝牙地址

+SCAN OK mac[1] 3e:bb:9e:e4:e9:9a mac[2] 8c:5a:f8:ef:5c:f8 mac[3] 6b:9c:b3:c4:4b:0c mac[4] 17:cc:ef:66:40:b1 mac[5] fd:e2:4e:af:ea:da mac[6] 67:3a:b1:45:c2:e8 mac[7] d0:44:7a:9e:e4:e4 OK AT+CONN=1代表连接扫描得到的第二个蓝牙设备 AT+CON=d0:44:7a:9e:e4:e4直接连接Mac地址为d0:44:7a:9e:e4:e4的设备

13、开启蓝牙自动连接模式 开启后，蓝牙模块将自动连接上次成功连接过的设备

指令 响应 参数
AT+AUTOCON=< Param > +AUTOCON=< Param >
OK		 0:关闭自动连接
1:开机自动连接

14、断开当前连接蓝牙设备

指令 响应 参数
AT+DISCON +DISCON
OK		 无

15、设置蓝牙的连接是否需要密码

指令 响应 参数
AT+AUTH=< Param > +AUTH=< Param >
OK		 0:连接无密码
1:需要密码连接

16、设置蓝牙的连接是密码

指令 响应 参数
AT+ PASS=< Param > +PASS=< Param >
OK

17、设置蓝牙的工作模式

指令 响应 参数
AT+ MODE=< Param > +MODE=< Param >
OK		 0:透传
1:驱动模式
2:iBeacon

18、设置蓝牙的USB和蓝牙数据传输模式

指令 响应 参数
AT+ BLEUSB=< Param > +BLEUSB=< Param >
OK		 0:关闭
1:USB串口数据传给BLE
2:BLE数据传给USB串口
3:USB串口数据和BLE透传

19、设置蓝牙的发射功率

指令 响应 参数
AT+MINI_INTERVAL=< Param > + MINI_INTERVAL=< Param >
OK		 PC和Android，建议设为为10
iOS设备，建议设置为20

20、设置BLE芯片最大通信间隔，以毫秒为单位

指令 响应 参数
AT+MAX_INTERVAL=< Param > + MAX_INTERVAL=< Param >
OK		 PC和Android，建议设为为10
iOS设备，建议设置为40

21、获取BLE服务特征码UUID

指令 响应 参数
AT+SERVUUID +SERVUUID=0xffe0
OK

22、获取BLE字符特征码UUID

指令 响应 参数
AT+CHARUUID +CHARUUID=0xffe0
OK

23、系统设置

指令 响应 参数
AT+SETTING=< Param > +SETTING=< Param >
OK		 DEFAULT恢复出厂设置
PARI_DEFAULT清除配对信息，密码信息

开发说明

因为产品的蓝牙是透传功能，所以蓝牙编程，其实就是对arduino的串口(Serial)进行读写操作我们编程时需要注意两点 1、BLE协议规定每个蓝牙数据包长度不能超过20byte，我们蓝牙模块做了分包发送，但是有低概率丢包，所以超过20个字节的时候，arudino分包发送最为可靠。 2、每一包数据发送间隔需要超过150ms，否则容易丢包。

AT指令测试

ble-nano支持三种AT指令配置方式：

1) 通过usb串口直接发送AT指令，打开Arduino IDE的串口工具

串口波特率为115200，选择回车换行（NL和NR）作为结束符。

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2）代码中如何使用AT指令

Arduino的硬件串口（RX0, TX1）直连了蓝牙的串口模块，所以我们可以通过Arduino的硬件串口直接发送AT指令

直接操作Arduino的Serial函数就可以和蓝牙芯片通信。

String ble_data;
int led_pin = 13;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(led_pin, OUTPUT);
  Serial.println("AT+ROLE=0");  // 设置蓝牙为主机
  delay(10);  // AT指令设置后需要延时10ms
  Serial.println("AT+CON=83:46:8c:e4:c2:84");  //连接mac地址的蓝牙从机
}

void loop() {
  while (Serial.available() > 0)  
  {
      ble_data += char(Serial.read());
      delay(2);
  }
  if (ble_data.endsWith("OK\r\n") > 0) {   //判断AT返回结果为OK
    Serial.println("connect success");
    digitalWrite(led_pin, HIGH);
  }
  if (ble_data.endsWith("ERROR\r\n") > 0) { //判断AT返回结果为ERROR
    Serial.println("connect fail");
    digitalWrite(led_pin, LOW);
  }
  ble_data = "";
}

3) 手机App配置AT指令步骤

选择AT命令的characterisitics 点击开始通知 勾选增加新行
location_permissions1 location_permissions1 location_permissions1

两个ble-nano主从通讯测试

在很多应用我们需要两个ble-nano和来完成自己构想。如下有两种经典的方式来完成两个ble-nano之间的通信。

一、主机ble-nano通过电脑usb转串口发送控制指令，控制另外一个ble-nano从机的led灯。

设置两个ble-nano的USB和蓝牙数据传输模式设置为USB串口数据和BLE透传即AT+BLEUSB=3

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从机烧录ble_control_led.ino

主机usb串口发送on后可以看到从机的L灯亮起，usb串口发送off后我们可以看到从机的L灯熄灭。

二、我们可以分别对主机和从机ble-nano分别编程来控制从机ble-nano的L灯亮和灭。

主机程序如下master

String ble_data;
int led_pin = 13;
int ble_status = 0;
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(led_pin, OUTPUT);
  Serial.println("AT+ROLE=0");  // 设置蓝牙为主机
  delay(10);
  Serial.println("AT+BLEUSB=0");  // 设置数据通信模式为0
  delay(10);
  Serial.println("AT+CON=83:46:8c:e4:c2:84");  //连接mac地址的蓝牙从机
  delay(100);
  ble_data = "";
  while (Serial.available() > 0)  
  {
      ble_data += char(Serial.read());
      delay(2);
  }
  if (ble_data.endsWith("OK\r\n") > 0) {
    Serial.println("connect success");
    digitalWrite(led_pin, HIGH);
    ble_status = 1;
  }
  if (ble_data.endsWith("ERROR\r\n") > 0) {
    Serial.println("connect fail");
    digitalWrite(led_pin, LOW);
    ble_status = 0;
  }
}

void loop() {

  if (ble_status)
  {
      Serial.write("on");
      delay(1000);
      Serial.write("off");
      delay(1000);
  }
}

2) 从机程序如下slave

String ble_data;
int led_pin = 13;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(led_pin, OUTPUT);
  Serial.println("AT+ROLE=1");  // 设置蓝牙为从机
  delay(10);
  Serial.println("AT+BLEUSB=0");  //设置数据通信模式为0
  //delay(10);
}

void loop() {
  while (Serial.available() > 0)  
  {
      ble_data += char(Serial.read());
      delay(2);
  }
  if (ble_data.compareTo("on") == 0) {
    Serial.println("turn on led");
    digitalWrite(led_pin, HIGH);
  }
  if (ble_data.compareTo("off") == 0) {
    Serial.println("turn off led");
    digitalWrite(led_pin, LOW);
  }   
  ble_data = "";
}

成功后，我们可以看到从机的L灯每一秒闪烁一次。(如果显示不出效果，请主、从机都断下电)

常见问题FAQ

1) 问：ble-nano和其他普通nano板有何区别，我要如何开始使用这个开发板

答： ble-nano是在原来官方arduino nano v3.0的基础上将ch340G串口芯片更换成带usb接口的蓝牙芯片。它的驱动兼容arduino官方驱动，接口由Mini-Usb升级成Type-C接口，引脚和功能完全兼容普通NanoV3.0。如果没有用到蓝牙功能，那么使用方法可以直接参考Arduino Nano使用，要使用蓝牙请看说明书。

2) 问：蓝牙如何手机电脑连接 答： ble-nano为低功耗蓝牙设备，不能直接在手机设置里面蓝牙连接，需要通过Android手机的话BLETestTools.apk (IOS LightBlue)连接，如要开发参考源代码二次开发，windows的设置里面也是经典蓝牙连接方式，需要微软官网参考BLE SDK开发。

3） 问：为什么我的手机连不上ble-nano，即使可以连上，但也不能通信？

答：请检查您的手机是否支持蓝牙4.2。请使用BLE测试APP内的Scan按钮扫描连接ble-nano，连接不需要密码。不支持手机蓝牙设置界面里去连接，手机设置里面是连接经典传统蓝牙设备的。

4）问：如何使用Ibeacon和mesh功能？

答：现在不支持，后续考虑增加

5）问：ble-nano支持多联吗？我想用一个主机连接很多从机，请问最多能连几个？

答：ble-nano暂时不支持多联，但是可以通过不断地切换绑定从机，实现多联的思想。

6) 问：为什么ble-nano系列的蓝牙4.2产品无法连接蓝牙2.0的设备？

答：由于我们的ble-nano系列为了实现极低的功耗，采用了单模蓝牙低功耗（Bluetooth Smart），硬件和软件上都做了优化，只能支持BLE，不支持连接蓝牙2.0设备。

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