Использование Bluetooth модулей HM 10 в качестве недорогих iBeacon

В этой статье мы опишем методы использования BLE модуля HM-10 в качестве устройства iBeacon. Хотя функционал HM-10 также может использоваться в качестве линии передачи данных, автономного датчика или устройства управления, в этой статье другие варианты его использования документе описываться не будут.

HM-10 — это модуль Bluetooth 4.0, основанный на архитектуре приемопередачтиков Texas Instruments CC2540 или CC2541 с беспроводной технологией Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) и схеме «система на кристалле» (SoC). Схема модуля и прошивка принадлежат компании Jinan Huamao Technology (JNHuaMao), но на данный момент продаются различными китайскими поставщиками, а также несколькими американскими и европейскими дистрибьюторами.

Модуль имеет компактный размер, как видно на фотографии выше. Расстояние между контактами составляет 1,5 мм. Следует соблюдать осторожность при пайке проводов к модулю, которыми будет необходимо подключиться к источнику питания, а также временно подключить к последовательному интерфейсу USB и ПК, чтобы настроить модуль как iBeacon.

Для подачи питания на модуль необходимо подключение двух проводов, а для настройки модуля через последовательный адаптер USB необходимы еще три соединения – два для подключения RX/TX и один для перехода в режим прошивки.

На фотографии выше показан модуль, подключенный к аккумуляторной батарее, состоящей из трех Ni-MH перезаряжаемых ячеек с номинальным напряжением 1,2 В x 3 = 3,6 В, а также к последовательному TTL конвертеру RS232 с USB-интерфейсом. Если вы являетесь поклонником Arduino, у вас, вероятно, уже есть один из этих адаптеров. Если нет, то можно приобрести его у нас. Например этот – PL2303 – USB – UART TTL преобразователь RS232. При использовании данного адаптера, положительный контакт необходимо предварительно перепаять с вывода 5В на вывод 3.3В.

Если использовать настройки, описанные ниже в этой статье, HM-10 потребляет в среднем около 0,18 мА. Изображенная аккумуляторная батарея имеет емкость около 1800 мАч, что обеспечит работу на срок более 10000 часов.

Ниже на фотографии слева показаны контакты, необходимые для подключения и перепрошивки модуля, а справа- полная распиновка модуля HM-10.

На верхнем рисунке слева подробно показаны соединения. Батарея подключается к контактам модуля 12 (+) и 13 (-). Приемник данных адаптера RS232 (RXD) подключается к контакту 1, а передатчик (TXD) — к контакту 2. (Примечание: Сигналы передатчика и приемника на HM-10 пересекаются. Это нормально – так и должно быть.) Заземление адаптера подключается к контакту 14.

Ваше оборудование почти готово, но в начале необходимо проверить, работает ли ваш модуль HM-10. Когда аккумулятор и последовательный адаптер подключены к HM-10, подключите USB-кабель адаптера к компьютеру. Если вы используете адаптер впервые, может появиться сообщение о необходимости установить драйвер устройства для модуля. В большинстве случаев операционная система автоматически найдет драйвер (это может занять пару минут). В противном случае обратитесь к документации, прилагаемой к устройству. По возможности обратите внимание на COM-порт, назначенный для адаптера.

HM-10 использует набор команд AT, который требует особого тайминга при ручном вводе команд с ПК. Команды не завершаются символом возврата каретки или подачей строки и зависят только от очень короткой задержки после того, как командная строка была введена для завершения. Поэтому я настоятельно рекомендую использовать последовательный монитор программного обеспечения Arduino IDE для подключения к HM-10. У большинства людей, читающих это, IDE Arduino, вероятно, уже установлен на их ПК. Если он еще не установлен, установите любую доступную версию выше 1.0x, доступную по ссылке на официальном сайте Arduino.

В Arduino IDE, в раскрывающемся меню инструментов выберите Serial Port (монитор порта), а затем выберите COM-порт, соответствующий вашему адаптеру. В большинстве случаев это будет COM-порт под последним номером. См. скриншот выше, где COM-порт обозначен как COM3.

Затем запустите последовательный монитор, выбрав пункт меню под инструментами. В нижнем меню выберите скорость «9600 Baud» и «No line end» (Без окончания строки). После этого можно подключиться к HM-10. Попробуйте ввести команду «AT» (без кавычек), а затем нажмите клавишу Enter. Устройство HM-10 должно отреагировать надписью «OK». Устройство HM-10 не завершает вывод новой строкой, поэтому все отклики будут идти один за другим.

Затем рекомендуем проверить версию прошивки на устройстве HM-10. Введите команду «AT + VERR?». Если вы недавно купили HM-10, то версия прошивки должна быть 526 или более поздней версии. В таком случае вы можете пропустить раздел «Обновление прошивки» и сразу перейти непосредственно в раздел «Конфигурация iBeacon». Если вам все-таки необходимо установить последнюю версию прошивки, следуйте пунктам ниже, чтобы обновить программное обеспечение.

Если устройству HM-10 требуется обновление прошивки, необходимо загрузить соответствующую версию с официального сайта JNHuaMao. Определите, какой TI-чип используется в вашем устройстве. Это будет либо CC2540 (более старые устройства), либо CC2541 (новые устройства). Снизу устройства HM-10 можно увидеть квадратный чип и прочитать маркировку. При необходимости используйте лупу.

Перейдите на сайт загрузки по ссылке.

Убедитесь, что вы загружаете правильную версию прошивки! Она должна соответствовать устройству HM-10 и установленному в нем TI-чипу.

Разархивируйте файл обновления прошивки и поместите его содержимое в ту же папку. Вы увидите как минимум 3 файла. Одним из них будет файл readme.txt с краткими инструкциями. Второй — файл прошивки с расширением .bin. Третий файл — это файл обновления прошивки с расширением .exe для Windows (для Linux и Mac пока инструментов нет). Вероятно, он будет называться HMSoft.exe.

Перед обновлением прошивки HM-10 убедитесь, что с модулем установлено надежное соединение, и что провода и кабели не могут быть случайно выдернуты. Держите домашних животных и маленьких детей подальше от места, где вы обновляете прошивку, чтобы избежать случайного прерывания обновления. Прерывание процесса обновления моментально выведет модуль из строя без возможности дальнейшего восстановления.

Если все готово к процессу перепрошивки, следуем инструкциям ниже:

1. С помощью последовательного монитора Arduino введите команду AT + SBLUP. Устройство HM-10 должно отреагировать надписью OK+SBLUP. После этого устройство будет ожидать обновления прошивки.
2. Выйдите из программы последовательного монитора.
3. Затем запустите программу обновления прошивки (файл .exe, извлеченный из zip-файла), которая скорее всего имеет название HMSoft.exe.
4. В поле COM-порта введите номер COM-порта, подключенного к устройству HM-10. Например, если это COM3, введите 3 в поле.
5. Нажмите кнопку «…» в поле «Image File» (Файл образа) и выберите имя файла .bin, который содержится в zip-файле: HMSoft.bin.
6. Наконец, нажмите кнопку «Load Image» (Загрузить образ).
7. Начнется обновление прошивки, которое займет пару минут. Не прерывайте процесс обновления. Не проводите никаких операций на ПК во время обновления, чтобы уменьшить вероятность прерывания.
8. После завершения проверки может пройти несколько секунд,
   Прежде чем появится сообщение «Download completed successfully» (Успешное завершение загрузки).

На скриншоте выше показан пример успешно завершенного обновления прошивки. По завершении выйдите из программы обновления прошивки и запустите программу последовательного мониторинга Arduino.

Необходимо ввести несколько команд в устройство HM-10, чтобы настроить его как iBeacon. Для этого используйте программу последовательного мониторинга Arduino. В следующем списке жирным шрифтом выделены команды, которые необходимо ввести в устройство HM-10, а справа от них приведены комментарии. Каждая команда подтверждается с помощью клавиши OK…

Примечание: Значения параметров, которые выделены красным цветом, должны быть такими, какими вы хотите. Выше приведены только примеры.

После отправки этого набора команд, HM-10 должен быть видимым на вашем устройстве Apple или Android (с использованием вашего любимого приложения iBeacon) в качестве iBeacon. Вы можете выбрать соответствующие главное и дополнительное числа на этапах 4 и 5. Главное число такое же в области (например, магазин или здание), а дополнительное идентифицирует iBeacon. Вышеуказанная процедура не изменяет универсальный уникальный идентификатор HM-10, который является стандартно приближенным по умолчанию.

Если вы хотите изменить его, вы можете сделать это, используя команды AT+IBE0, AT+IBE1, AT+IBE2 и AT+IBE3. 16-байтовый универсальный уникальный идентификатор разделен на 4 байтовых блока, и каждый из них изменяется с помощью другой команды. В приведенной ниже таблице показано, какая часть универсального уникального идентификатора обновляется с каждой из 4 команд.

Когда вы уверены, что HM-10 настроен так, как вы хотите, вы можете отсоединить его от последовательного адаптера, оставив подключенным только питание. Чтобы защитить аккумулятор и модуль, рекомендуем смонтировать сборку в защитный корпус.

На скриншотах ниже показаны три примера iBeacons на базе HM-10, отсканированных на телефоне под управлением Android, с указанием расстояния до каждого из устройств.

Следующие восемь универсальных уникальных идентификаторов встроены в Apple AirLocate как бесконтактные устройства. Используйте их для обеспечения совместимости с приложениями iOS, использующими AirLocate.

• E2C56DB5-DFFB-48D2-B060-D0F5A71096E0
• 5A4BCFCE-174E-4BAC-A814-092E77F6B7E5
• 74278BDA-B644-4520-8F0C-720EAF059935 (Этот адрес настроен в HM-10 по умолчанию)
• 112ebb9d-b8c9-4abd-9eb3-43578bf86a41
• 22a17b43-552a-4482-865f-597d4c10bacc
• 33d8e127-4e58-485b-bee7-266526d8ecb2
• 44f506a4-b778-4c4e-8522-157aac0efabd
• 552452fe-f374-47c4-bfad-9ea4165e1bd9

Когда для устройства HM-10 установлен параметр автоматического перехода в режим сна, то при включении или перезагрузке оно быстро переходит в режим сна. После отправки команды AT+PWRM0 и перезагрузки устройства HM-10, оно больше не будет отвечать на AT-команды.

Чтобы разбудить устройство, отправьте ему длинную строку случайных буквенных символов, которая составляет не менее 80 символов. Устройство проснется и ответит OK + WAKE. Если вы хотите некоторое время работать с устройством, отправьте ему команду AT+PWRM1, чтобы оно не переходило в режим сна во время работы. После этого можно отправить команду AT+PWRM0, чтобы вновь перевести модуль в спящий режим и уменьшить потребление энергии.