Raspberry Pi 4B 蓝牙串口（SPP）配置与使用

Raspberry Pi 4B 蓝牙串口（SPP）配置与使用

本文将详细介绍如何在Raspberry Pi 4B卡片电脑中配置并使用蓝牙串口 (SPP）。

1、蓝牙相关命令工具

Linux、Android、Windows 等操作系统带有在引导期间启动的蓝牙守护进程/蓝牙服务。 对于与监视器连接并使用 GUI（如 GTK 等）运行的设备，只需多次单击即可轻松启用并连接到附近的设备。 但是在无头设备的情况下，我们必须依赖于需要在命令行上运行的不同命令。 这篇博客我们将讨论如何在无头树莓派上通过蓝牙设备连接附近。

安装蓝牙相关工具软件：

sudo apt install bluetooth pi-bluetooth bluez blueman

我们使用 Raspberry Pi 4B 从 SD 卡启动 Raspberry OS。 蓝牙初始化可以从Linux内核日志中观察到（可以使用dmesg命令获取日志）日志如下所示：

[ 18.986053] Bluetooth: Core ver 2.22
[ 18.986146] NET: Registered PF_BLUETOOTH protocol family
[ 18.986150] Bluetooth: HCI device and connection manager initialized
[ 18.986167] Bluetooth: HCI socket layer initialized
[ 18.986174] Bluetooth: L2CAP socket layer initialized
[ 18.986187] Bluetooth: SCO socket layer initialized
[ 19.003477] Bluetooth: HCI UART driver ver 2.3
[ 19.003500] Bluetooth: HCI UART protocol H4 registered
[ 19.004068] Bluetooth: HCI UART protocol Three-wire (H5) registered
[ 19.005683] Bluetooth: HCI UART protocol Broadcom registered
[ 19.541683] Bluetooth: BNEP (Ethernet Emulation) ver 1.3
[ 19.541703] Bluetooth: BNEP filters: protocol multicast
[ 19.541718] Bluetooth: BNEP socket layer initialized
[ 19.546534] Bluetooth: MGMT ver 1.22
[ 19.556465] NET: Registered PF_ALG protocol family
[ 19.746928] Bluetooth: RFCOMM TTY layer initialized
[ 19.746958] Bluetooth: RFCOMM socket layer initialized
[ 19.746980] Bluetooth: RFCOMM ver 1.11

上面的日志表明所有蓝牙协议，如 HCI、L2CAP 和 RFCOMM 都是从内核蓝牙堆栈初始化的。 Linux 用户空间带有用于蓝牙设备的工具/实用程序，hciconfig 类似于 ifconfig 以列出蓝牙设备。

hciconfig

hci0: Type: Primary Bus: UART
BD Address: E4:5F:01:31:37:05 ACL MTU: 1021:8 SCO MTU: 64:1
UP RUNNING PSCAN
RX bytes:4937 acl:88 sco:0 events:263 errors:0
TX bytes:7848 acl:160 sco:0 commands:136 errors:0

可以知道hciconfig命令给出 BD（蓝牙设备）地址 E4:5F:01:31:37:05，设备状态为 UP RUNNING。

hcitool 是另一个用于扫描附近设备的命令，控制本地设备。 该命令有多个命令选项。 hcitool scan 用于扫描附近的蓝牙设备。 扫描的输出如下所示。

iotservice@raspberrypi:~ $ hcitool scan
Scanning …
20:20:11:18:26:57 HC_06

hcitool 扫描显示附近的设备及其 BD 地址及其名称。 获取附近设备的详细信息后，您可以使用信息选项获取更多详细信息，带有信息选项的 hcitool 的输出如下所示。

iotservice@raspberrypi:~ $ sudo hcitool info 20:20:11:18:26:57
Requesting information …
BD Address: 20:20:11:18:26:57
Device Name: HC_06
LMP Version: 2.0 (0x3) LMP Subversion: 0x103b
Manufacturer: Cambridge Silicon Radio (10)
Features: 0xff 0xff 0x8f 0x78 0x18 0x18 0x00 0x80
❤️-slot packets> <5-slot packets>

2、Linux中的蓝牙堆栈

Linux 内核中的蓝牙堆栈具有多层，如下图所示。 蓝牙控制器使用 USB/UART 接口连接到主机。 这些蓝牙设备使用 HCI（主机控制器接口）协议与主机通信。 HCI之上是L2CAP层和RFCOMM协议层。 这些层对应于 OSI 或 TCP/IP 协议栈的网络 (IP) 和传输 (TCP) 层。 Linux 内核为用户空间应用程序提供套接字接口，以直接与 L2CAP 和 RFCOMM 层交互，例如：BTPROTO_L2CAP、BTPROTO_RFCOMM 等。

许多称为 BT 配置文件的应用程序都是基于上述协议开发的。流行的配置文件之一是 btspp，它是基于蓝牙的串行端口 (UART) 协议。 当 Raspberry Pi 需要与基于 HC-05/HC-06蓝牙设备构建的机器人进行交互时，会使用它。

3、蓝牙串口配置

服务发现协议（Service Discovery Protocol ，SDP）是一种基于L2CAP SOCKET的应用层协议，用于发现附近蓝牙设备提供的不同服务。 Linux 蓝牙堆栈带有不同的命令以及 hcitool、hciconfig 等。sdptool 就是这样一个命令，用于获取附近蓝牙设备提供的不同服务。

我们正在从设备地址为 20:20:11:18:26:57 的附近设备中搜索 UUID 为 0x1101 的服务。 这是串行端口配置文件或 btspp 的 UUID，sdptool 搜索命令的输出如下所示。

iotservice@raspberrypi:~ $ sdptool search --bdaddr 20:20:11:18:26:57 0x1101
Class 0x1101
Searching for 0x1101 on 20:20:11:18:26:57 …
Service Name: Dev B
Service RecHandle: 0x10002
Service Class ID List:
“Serial Port” (0x1101)
Protocol Descriptor List:
“L2CAP” (0x0100)
“RFCOMM” (0x0003)
Channel: 1
Language Base Attr List:
code_ISO639: 0x656e
encoding: 0x6a
base_offset: 0x100

接着，在 /etc/bluetooth/ 目录中创建一个 rfcomm.conf 文件，如下所示。 rfcomm 命令使用此文件在连接远程设备时进行解析。

rfcomm0 {
        #  Bind the device at startup
       bind no;

         # Remote device Bluetooth address

       device 20:20:11:18:26:57;

       # RFCOMM channel this info we can get from sdptool browse

       channel 3;

       # Description of the connection

       comment “Bluetooth Serial port”;

}

创建上述文件后，使用 rfcomm bind 命令将设备绑定到 BD 地址和频道。 该命令以蓝牙设备地址 BD 地址和信道为参数。 执行此命令后，设备节点 /dev/rfcomm0 设备由 udev 创建。

iotservice@raspberrypi:~$ sudo rfcomm bind 0 20:20:11:18:26:57 3

iotservice@raspberrypi:~ $ ls -l /dev/rfcomm0
crw-rw---- 1 root dialout 216, 0 Jun 9 17:54 /dev/rfcomm0

该设备与 minicom/Kermit 类串行终端一起使用，与远程设备进行通信。

4、蓝牙串口数据发送与接收

1）使用Shell命令发送数据，比如

echo "hello" > /dev/rfcomm0

2）使用Python脚本

import serial
ser = serial.Serial('/dev/rfcomm0', timeout=1, baudrate=115200)
ser.flushInput()
ser.flushOutput()

while True:
    out = ser.readline().decode()
    if out!='' : 
        print (out)
        ser.write(bytes(out,encoding='utf-8'))
        

首先，需要安装serial库并导入serial库，安装命令如下：

sudo apt-get install python3-serial

接着，打开蓝牙串口设备

ser = serial.Serial('/dev/rfcomm0', timeout=1, baudrate=115200)

最后，在无限循环中接收并发送数据

out = ser.readline().decode()

将读取一行数据，并转换成str类型

ser.write(bytes(out,encoding='utf-8'))

将数据转换成bytes类型并发送。

在这里使用的是HC-06蓝牙模块，并将该蓝牙模块设置成从机模式。蓝牙模块通过串口连接到电脑，使用串口工具软件即可完成与Raspberry Pi 4B数据接收与发送。