Arduino с RN4870/1

RN4870/1 — это небольшой BLE-модуль от Microchip, шириной всего 12 мм. В отличие от распространённых модулей для любителей, таких как HM-10, AT-09 и BT05, RN4870/1 предлагает расширенные возможности, позволяющие создавать пользовательские сервисы и характеристики, обеспечивая настоящую функциональность BLE. Несмотря на доступность, он остаётся недостаточно используемым в сообществе любителей электроники.

Характеристики RN4870/1 

Полностью квалифицированный модуль Bluetooth 5.0 Low Energy
Сертифицирован FCC, IC, CE, KCC, NCC и SRRC
Встроенный стек Bluetooth 5.0 Low Energy
Интерфейс ASCII-команд через UART
Скриптовый движок для автономной работы
Сервис Beacon Private для маячковых сервисов
UART Transparent Service для последовательных данных
Удалённая конфигурация по воздуху (OTA)

Модуль использует ASCII-команды вместо AT-стиля и включает встроенный язык сценариев, позволяющий автономную работу без отдельного микроконтроллера в некоторых приложениях.

Полные возможности BLE 5.0 

Безопасное шифрование AES128
GAP, GATT, SM, L2CAP и интегрированные публичные профили
Пользователь может создать до пяти публичных и четырёх частных сервисов
Программно настраиваемая роль: периферийное или центральное устройство, клиент или сервер
Аутентификация через клавиатурный ввод/вывод

RN4870/1 доступен в различных конфигурациях: с экранированием или без, с различными вариантами антенн и разными уровнями доступности выводов.

Начало работы 

Создание платы расширения 

Маленький SMD-формат RN4870/1 представляет сложности для любителей. Базовая плата расширения может быть изготовлена при аккуратной пайке. Автор установил свой модуль вверх ногами, чтобы сохранить доступ к контактам для будущих модификаций.

Перемычка, соединяющая пин 18/P2_0 с GND, включает режим программирования при запуске для обновления прошивки.

Альтернативные варианты плат расширения:

MikroElektronika RN4870/1 Click board — готовое решение
Разработки Jon Raymond — платы от сообщества
Gerber-файлы David Ashmore — доступны для скачивания с 2-пиновым I2C-интерфейсом, 2-пиновым I/O-интерфейсом и 8-пиновым SIP-интерфейсом

Выводы и базовая схема 

Основные выводы:

Pin 3: GND
Pin 4: VBAT (вход 3.3 В)
Pin 23: UART_TX
Pin 22: UART_RX
Pin 30: Светодиодный индикатор (рекомендуется)

Предупреждение

Модуль работает на 3.3 В. Никогда не подавайте на него питание 5 В.

Тестирование начальной функциональности 

Новые модули включают базовую настройку маячка, которую можно протестировать без дополнительной конфигурации:

Подайте питание 3.3 В и GND на модуль
Используйте приложение BLE-сканер (например, BLE Scanner от Bluepixel Technologies) на Android
Найдите маячок RN4870 в результатах сканирования
Подключитесь к устройству
Прочитайте имя устройства в характеристике Generic Access (0x1800)

При подключении светодиод меняет режим на два быстрых мигания в секунду.

Общение с RN4870/1 

Настройка последовательной связи 

Необходим USB-UART адаптер на 3.3 В. Модуль использует:

Скорость по умолчанию: 115200 бод
Все команды требуют символа возврата каретки (CR) (\r)
Два режима работы: режим данных (по умолчанию) и режим команд

Вход в режим команд 

RN4870/1 входит в режим команд с помощью команды $$$. Важно, что эта команда работает только без символов конца строки. После входа модуль отвечает CMD>.

Для возврата в режим данных используйте ---\r (три символа тире плюс CR).

Базовые команды 

Команда «D» — Информация об устройстве

Возвращает:

MAC-адрес устройства
Случайный адрес (если применимо)
Имя устройства
MAC-адрес подключённого устройства
Метод аутентификации
Функции устройства
Серверные сервисы
Фиксированный PIN-код (если настроен)

Команда «V» — Версия прошивки

Возвращает текущую версию прошивки (пример показывает v1.18.3).

Команда «GNR» — Получить имя подключённого устройства

Требует активного соединения. Возвращает имя текущего подключённого BLE-устройства.

При отключении модуль выводит сообщение %DISCONNECT%.

Первая связь 

Предварительные требования 

Прошивка 1.30 или новее (поставляется с сервисами и характеристиками по умолчанию)
Arduino IDE с правильно выбранным COM-портом
Приложение BLE Scanner на Android-устройстве

Процесс подключения 

Откройте монитор последовательного порта в Arduino IDE
Запустите приложение BLE Scanner и начните сканирование
Выберите RN4870 из результатов сканирования
Нажмите CONNECT
Выберите «Custom Service» после подключения
Наблюдайте сообщение о подключении в мониторе последовательного порта

Первое подключение — установка соединения

Обмен данными 

Приём данных:

Пользовательская характеристика: 49535343-8841-43F4-A8D4-ECBE34729BB3
Нажмите кнопку записи, введите текст (например, «hello»), нажмите OK
Модуль получает данные и отображает их в мониторе последовательного порта

Отправка данных:

Характеристика приёма: 49535343-1E4D-4BD9-BA61-23C647249616
Включите уведомления через кнопку приложения
Введите данные в мониторе последовательного порта (например, «hello to you»)
Данные появляются в значении характеристики

Notify vs. Indicate 

Существуют два метода уведомления с различными характеристиками:

Notify (Уведомление):

Не требуется подтверждение
Более быстрая передача
Менее надёжно
Позволяет непрерывный поток данных
«Вот данные, берите пока можете»

Indicate (Указание):

Требуется подтверждение после каждой передачи
Медленнее, но надёжнее
Модуль ждёт подтверждения перед отправкой следующего пакета
«Вот данные, вы их получили?»

Соединение двух модулей RN4870 

RN4870/1 включает встроенный прозрачный UART-слой для простой связи между модулями. Эта функция повторяет функциональность HC-10, хотя эти модули предлагают более экономичную альтернативу, если нужна только последовательная передача.

Настройка подключения (прошивка 1.30)

Настройка модуля:

Войдите в режим команд на основном модуле: $$$ (без EOL)
Включите UART transparent service: SS,C0
Начните сканирование: F
Запишите MAC-адрес целевого модуля из результатов сканирования
Подключитесь: C,0,[MAC_ADDRESS] (0=публичный адрес, 1=частный адрес)

Установление соединения:

Оба модуля получают сообщения о подключении на последовательных терминалах. После подключения модули могут обмениваться данными в обоих направлениях.

Пример 

Для подключения к модулю с MAC-адресом D88039F914F5:

C,0,D88039F914F5

Успешное подключение приводит к подтверждению на обоих устройствах, обеспечивая прозрачную последовательную связь.

Обновление прошивки 

Требования 

Модуль RN4870/1
USB-UART адаптер (3.3 В)
Программа isUpdate.exe от Microchip
Файлы прошивки (4 файла)
Номер COM-порта

Вход в режим программирования 

Пин P2_0 (нижний центральный пин) должен быть подтянут к земле во время загрузки для входа в режим программирования.

Способы на плате расширения:

Перемычка, соединяющая P2_0 с GND
Проводное соединение P2_0 с GND (менее надёжно, несёт риски)

Процесс обновления прошивки 

Скачайте isUpdate.exe и файлы прошивки со страницы документации Microchip RN4870
Закройте все открытые приложения монитора последовательного порта
Отключите питание RN4870
Подключите P2_0 к GND
Подайте питание (светодиод может не загореться, несмотря на документацию)
Откройте isUpdate.exe со следующими настройками:
- COM-порт (например, COM 7)
- Скорость: 115200
- Тип памяти: Flash/Embedded Flash
- Адрес: 0000
Нажмите «Connect»
При успехе появится сообщение «Port connect» и активируются кнопки
Выберите все 4 файла прошивки
Нажмите «Update»
Дождитесь сообщения «End of Write Memory»

Проверка после обновления 

Закройте isUpdate или нажмите Disconnect
Отключите питание RN4870
Удалите провод программирования
Перезапустите модуль (светодиод должен загореться)
Откройте монитор последовательного порта
Войдите в режим команд: $$$ (без EOL)
Проверьте прошивку: V (с CR EOL)

Примечания к выпуску сопровождают каждую версию прошивки. При обновлении через несколько версий просмотрите все промежуточные примечания к выпуску для полной истории изменений.

Дополнительные ресурсы 

Обзор продукта Microchip RN4870: официальная страница с даташитами, руководствами и прошивкой
Технические детали: сайт Microchip Developer с полной документацией
Форум Microchip: поддержка сообщества по вопросам RN4870/1
Даташит: полные технические спецификации и конфигурации выводов

Примечание

Оригинальная статья: Arduino with RN4870/1 (Martyn Currey)