作者：尤濬哲
藍芽與 WiFi 都是用來通訊的，藍芽通常用於近端點對點通訊，所謂的點對點就像是藍芽無線耳機與手機連接，用來播放音樂，又如藍芽滑鼠鍵盤功能是輸入文字，它只是一種序列通訊，功能較為簡單，而 WiFi 則常用來連入網際網路，相比之下 WiFi 需要比較複雜的設定，而藍芽只需配對就能取用服務。
與藍芽同位階的應該算是紅外線，不過紅外線有方向性，必須對準裝置才能傳輸，其速度慢不說，距離大概不能超過 10 公尺，而藍芽無方向性，因此不用對準，且傳輸距離遠，速度也比紅外線快很多。
本章先簡介 ESP32 的藍牙通訊設定與使用，由於它是藍芽內建的，所以不用接線或設定 AT COMMAND，也不用宣告 TXRX 相關的通訊協定，值得一提的是，而且它屬於低功率藍芽（BLE：Bluetooth Low Energy），耗電量較少外，傳輸距離理論可達 300 公尺遠，實際測試 30 公尺也沒問題，相對常見搭配 UNO 使用的 HC-05 屬於藍芽 2.1，理論傳輸距離只有 10 公尺。
藍芽單向傳輸
這邊會說明如何使用 ESP32 藍芽將資訊傳遞給藍芽裝置（手機）進行接收，另由於 bluetooth 函式庫與 iOS 手機不相容的原因，接下來都將使用 Android 裝置進行解說。
ESP32 藍芽的開啟僅需幾個步驟：
- 使用藍芽函式庫：#include <BluetoothSerial.h>
- 宣告藍芽序列通訊物件：BluetoothSerial BT;//BT 為藍芽通訊物件
- 在 Setup 中開啟藍芽：BT.begin(“BTName”);// BTName 為藍芽廣播名稱
- 當要傳輸資訊時：BT.print(“要傳輸的文字”);//println 則是換行
我們先來做一個簡單的測試，就是每秒傳輸一次「Hello World！」到手機中，程式如下：
#include <BluetoothSerial.h>
BluetoothSerial BT;//宣告藍芽物件，名稱為BT
void setup() {
Serial.begin(115200);
BT.begin("Eric1030");//請改名例如英文+生日，以免與其他同學名稱重複
}
void loop() {
BT.println("Hello World!");
delay(1000);
}
完成程式上傳後，我們來處理手機的部份，請開啟 Android 手機的 App store，並搜尋 Arduino Bluetooth Control，其圖示如下，APP Store 有很多類似的 APP，功能也都差不多，但是我們選定的這個 APP 有提供語音辨識的功能；若無法找到該 APP，可能是版本不相容，但可以從我的雲端空間下載備份 APK 檔案。
Arduino Bluetooth Control（圖片來源：Google Play）
手機安裝好 APP 後，啟動藍芽連線設定，如果未在「可用裝置」中出現，請點選「不常用類型裝置」。
開啟藍芽設定（圖片來源：尤濬哲提供）
您就會看到您所設定的 ESP32 藍芽名稱，接著點選您的 ESP 裝置。
藍芽不常用裝置列表（圖片來源：尤濬哲提供）
接著會出現配對訊息，點選下方的配對即可完成配對。
開始配對（圖片來源：尤濬哲提供）
完成配對後，開啟剛剛安裝的 Arduino Bluetooth Control APP，如果沒有自動連線，請點選上方的箭頭圖示，選擇本次要連線的 ESP32 裝置。
開啟 APP 連線藍芽裝置（圖片來源：尤濬哲提供）
連線成功時，下方會出現「Connected to 裝置名稱」的訊息。
連線成功等候連線成功（圖片來源：尤濬哲提供）
此時再點選序列通訊的功能，即可看到每秒一次的「Hello World！」訊息。
點選右上序列通訊功能（圖片來源：尤濬哲提供）
觀察傳入的資訊（圖片來源：尤濬哲提供）
接下來我們將使用 DHT11 溫濕度計為範例，將溫濕度的值傳入手機中，另外記得每次 ESP32 更新程式重新啟動時，都必須按一下連線的圖示 ，重新與裝置建立連線，才能讀取資訊。
#include <SimpleDHT.h>
#include <BluetoothSerial.h>
BluetoothSerial BT;
int pinDHT11 = 25; //本例請將溫度計S腳接在左11 (GPIO25)
SimpleDHT11 dht11(pinDHT11);
void setup() {
Serial.begin(115200);
BT.begin("Eric1030");//請改名
}
void loop() {
// start working...
Serial.println("=================================");
Serial.println("Sample DHT11...");
// read without samples.
byte temperature = 0;
byte humidity = 0;
int err = SimpleDHTErrSuccess;
if ((err = dht11.read(&temperature, &humidity, NULL)) != SimpleDHTErrSuccess) {
Serial.print("Read DHT11 failed, err="); Serial.println(err); delay(1000);
return;
}
//將溫濕度傳輸到藍芽裝置
BT.print((int)temperature);
BT.print(" *C,");
BT.print((int)humidity);
BT.println(" H");
delay(1000); //休息1秒
}
利用藍芽傳輸 DHT11 溫濕度（圖片來源：尤濬哲提供）
藍芽雙向傳輸
ESP32 能傳送資料到手機，那可以反過來讓手機傳資料到 ESP32 嗎？當然可以，而且更好玩！這部份 ESP32 的流程是：
1.檢測藍芽是否有資料：BT.available()
2.如果有資料，我們就把資料讀出：BT.readString()
3.將資料從電腦的序列視窗（Serial）中印出來
程式如下：
#include <BluetoothSerial.h>
BluetoothSerial BT;
void setup() {
Serial.begin(115200);
BT.begin("Eric1030");//請改名
}
void loop() {
//檢查藍芽內是否有資料
while (BT.available()) {
//讀取藍芽資料
String BTdata=BT.readString();
//顯示在序列視窗
Serial.println(BTdata);
}
delay(1);
}
連線成功後，一樣點選右上序列通訊功能後，在下方的空白處輸入文字並按鍵盤的 Done 或 Enter 送出，我們就能在電腦的序列通訊視窗中收到手機傳來的訊息。
在手機輸入訊息（圖片來源：尤濬哲提供）
ESP32 的序列視窗中讀取訊息（圖片來源：尤濬哲提供）
不過這樣單方面只有手機講話有點孤單，要怎麼讓 ESP32 也能打字回覆呢？其實語法很類似，只是與藍芽的方向相反，就是檢查序列是否有資料輸入 Serial.available()；當 Serial.available() 用Serial.readString() 將資料讀入後，再用 BT.println() 將資料送到手機，不過 ESP32 要在哪裡打字呢？是透過序列通訊視窗上面的空白處，本部份程式如下：
#include <BluetoothSerial.h>
BluetoothSerial BT;
void setup() {
Serial.begin(115200);
BT.begin("Eric1030");//請改名
}
void loop() {
//檢查序列內是否有資料
while (Serial.available()) {
//讀取序列資料
String Sdata = Serial.readString();
//傳輸給藍芽
BT.println(Sdata);
}
//檢查藍芽內是否有資料
while (BT.available()) {
//讀取藍芽資料
String BTdata = BT.readString();
//顯示在序列視窗
Serial.println(BTdata);
}
delay(1);
}
ESP32 在序列視窗輸入訊息（圖片來源：尤濬哲提供）
雙向資料傳輸（圖片來源：尤濬哲提供）
藍芽指令與語音辨識
這樣的程式只能用來藍芽聊天嗎？不，這其實已經足夠我們用來遙控一些東西囉！例如我們可以用簡單的 LED 燈測試，將 LED 依照前面的內容依序將綠黃紅放置在 GPIO 4,16,17（麵包板右 7,8,9）位置，接下來我們假設 ESP32 從藍芽接到傳來「1」時，就開啟綠 LED，而「2」代表關閉綠 LED，其餘雷同（「3」、「4」代表開啟及關閉黃 LED，「5」、「6」代表開啟及關閉紅 LED），這樣我們就可以用手機來遙控三個燈號了。完整程式如下：
#include <BluetoothSerial.h>
BluetoothSerial BT;
void setup() {
Serial.begin(115200);
BT.begin("Eric1030");//請改名
pinMode(15, OUTPUT); //綠色LED
pinMode(2, OUTPUT); //黃色LED
pinMode(4, OUTPUT); //紅色LED
}
void loop() {
//檢查序列內是否有資料
while (Serial.available()) {
//讀取序列資料
String Sdata = Serial.readString();
//傳輸給藍芽
BT.print(Sdata);
}
//檢查藍芽內是否有資料
while (BT.available()) {
//讀取藍芽資料
String BTdata = BT.readString();
//顯示在序列視窗
Serial.println(BTdata);
//檢查藍芽資料及相對的指令
if (BTdata == "1") {
//1：開綠燈
digitalWrite(15, HIGH);
}
if (BTdata == "2") {
//2：關綠燈
digitalWrite(15, LOW);
}
if (BTdata == "3") {
//3：開黃燈
digitalWrite(2, HIGH);
}
if (BTdata == "4") {
//4：關綠燈
digitalWrite(2, LOW);
}
if (BTdata == "5") {
//5：開紅燈
digitalWrite(4, HIGH);
}
if (BTdata == "6") {
//6：關紅燈
digitalWrite(4, LOW);
}
}
delay(1);
}
我們將數字 1～6 按過一次，會發現燈號依序亮起熄滅，代表藍芽傳輸正常。
輸入數字 1-6，查看燈號變化（圖片來源：尤濬哲提供）
除了使用序列通訊用自己打字的方式外，也可以使用 APP 上的其他功能。
APP上的所有功能（圖片來源：尤濬哲提供）
我們先來看看左側上方的方向鍵，當我們點選不同方向時，會發現每個方向對應的都是一個數字（如圖17）
方向鍵功能（圖片來源：尤濬哲提供）
因此按下不同方向，剛好可以控制燈號，例如「^」對應數字「1」，所以按「^」就會開啟綠燈（在按鈕時，請記得慢慢按不要太急，否則它會將很多數字合成一個字串才送出，例如一直按往上「^」會送出「11111」，而我們的程式無法判讀這個東西，因為我們是用字串比對，而非字元比對）。
在加速器上，對應的方向與上面的方向鍵是相同的，不過它是透過手機的傾斜方向來控制送出訊號，例如你將手機向前傾斜一秒鐘後復原水平狀態，手機會對 ESP32 送出一連串的「11111111」，向後則會送出「2222222」等，但有些手機硬體沒有支援加速器，就不會送出任何資料；與上面相同的，我們的程式是以字串比對，所以這個功能無法控制燈號。
加速器功能（透過傾斜你的手機來觸發）（圖片來源：尤濬哲提供）
接收到的資料（圖片來源：尤濬哲提供）
按鈕的功能如下圖，不過這個 APP 有一個小 bug，就是 5、6 是標錯的，預設標成 4、4，因此我們要進入設定進行修改。
按鈕的功能（圖片來源：尤濬哲提供）
點選右上機器人圖示按鈕進入設定功能，尋找「Command button configuration」，點選 Button E，然後修改對應的值從 4 改為 5，相同的步驟，請設定 Button F 對應的值為 6，完成修改後，依序點選按鈕，也可以觀察到燈號的變化。
將 Button E 改為 5（圖片來源：尤濬哲提供）
最後是右下角的功能語音指令（Voice Control），也就是透過語音辨識來控制傳輸，不過我們必須先設定語音及所對應的文字，例如當我們說「開綠燈」，手機就送出「1」到 ESP32，而根據判斷 ESP32 獲得 1 就會開啟綠色 LED。
我們先點選右上角的機器人圖示來設定語音指令，進入設定後往下拉到底，可以找到「Vocal Command Configuration」的功能。
設定語音指令（圖片來源：尤濬哲提供）
進入設定畫面後，該 APP 一共提供 10 個語音指令。
一共有 10 組語音指令（圖片來源：尤濬哲提供）
設定方式如下，我們點選第一個語音指令「Vocal Command no 1」後，一共有兩個值要設定，第一個 Vocal command 代表要講的話，第二個 Data to send 則是要在藍芽發送的文字；舉例來說，要講的話就是「開綠燈」，而要在藍芽發送的文字則是「1」，這樣當手機聽到我們講「開綠燈」時，就會發送 1 到 ESP32，而依據程式的判斷，收到 1 就會開啟綠燈。
設定語音命令為「開綠燈」（圖片來源：尤濬哲提供）
設定要送出的文字「1」（圖片來源：尤濬哲提供）
其餘的語音指令則可以依照相同的方式設定，例如「Vocal Command no 2」的 Vocal command 設定為「關綠燈」、Data to send 設定為「2」，而「Vocal Command no 3」的 Vocal command 設定為「開黃燈」、Data to send 設定為「3」等。
接下來我們就可以利用手機語音辨識的功能來控制燈號開關。回到 APP 首頁畫面後，點選右下角的「Voice Control」語音按鈕就會跳出麥克風圖示，點選麥克風後，說出設定好的語音指令，例如「開綠燈」，在手機辨識「開綠燈」成功後，就會在藍芽送出「1」給 ESP32，ESP32 就會開啟綠燈。
點選右下角的 Voice Control（圖片來源：尤濬哲提供）
小結
本練習只運用 ESP32 的藍牙通訊來開啟或關閉 LED，是有點大材小用，但讀者可以自行開發新功能，例如透過繼電器來開啟或關閉電風扇、檯燈、冷氣等家電，達到簡易的智慧家電的功能，以下影片是之前做過的作品。
（本文經作者同意轉載自夜市小霸王部落格、原文連結；責任編輯：賴佩萱）
學歷：中山大學資訊管理研究所 博士
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