任务介绍

    本项目实现了Funpack第4-1期活动Qorvo板卡的任务二，基于Qorvo DWM3001CDK开发板实现了蓝牙低功耗(BLE)环境监测系统，通过微信小程序实时获取温湿度数据并控制蜂鸣器告警。系统采用Nordic nRF52833的蓝牙5.0协议栈，构建了完整的物联网监测解决方案。

硬件平台

    首先介绍本次用到的开发板：DWM3001CDK，它是射频方案商Qorvo推出的一块基于Nordic nRF52833微控制器的UWB开发板，它主要面向的是UWB定位应用的开发，但由于使用了nRF52833这一片低功耗蓝牙SoC，所以也同时支持蓝牙、NFC等常用功能。开发板分为底板和核心邮票板，底板引出了大量引脚，并集成了常用的外设，如按键、LED、串口、NFC、USB接口和调试器接口。在软件方面，Nordic官方和第三方平台已经适配好了Arduino、nRF5 SDK、NCS等多种开发框架，上手开发会很方便。本次我会使用这块开发板的低功耗蓝牙，做一个基于BLE的温湿度监测系统。

主控设备：Qorvo DWM3001CDK开发板

• 搭载Nordic nRF52833低功耗蓝牙SoC
• 集成NFC Type 2标签功能
• 板载4个可编程LED指示灯
• 支持多线程实时操作系统(Zephyr RTOS)

传感执行器扩展板

• 板载AHT20高精度温湿度传感器
• 无源蜂鸣器驱动电路
• 128x64 SSD1306 OLED显示屏

监测终端

• 微信小程序（支持BLE客户端）
• 蓝牙协议规范：GATT
• 数据传输速率：2Kbps（环境数据通道）
• 控制指令：1字节开关量

任务分析与实现

本系统实现了基于BLE协议的物联网环境监测方案，主要功能包括：

三通道数据交互：

1. 环境数据采集
2. • 温度测量范围：-40℃~85℃ (±0.3℃)
   • 湿度测量范围：0-100%RH (±2%)
   • 采样频率：4Hz（BLE传输降频至2Hz）
2. BLE数据传输
3. • 温度服务UUID：ADAF0000（Adafruit标准服务）
   • 湿度服务UUID：ADAF0700（Adafruit扩展服务）
   • 数据格式：IEEE754单精度浮点
3. 设备控制通道
4. • 蜂鸣器控制服务UUID：00001523（Nordic LBS服务）
   • 控制协议：1字节指令（0x00关/0x01开）
   • PWM参数：1KHz方波，50%占空比

方案框图：

代码详解

下位机核心逻辑

下位机整体软件流程图：

一、硬件初始化与传感器配置

系统上电后首先完成外设初始化序列，关键流程如下：

• 采用digitalWrite直接控制LED状态指示灯，确保设备状态可视化
• PWM时钟分频设为16，产生1MHz基频满足蜂鸣器驱动需求，之后设置计数器实现1KHz波形输出

• I2C总线增加传感器检测重试机制，避免启动失败导致系统瘫痪

void setup() {
  // 配置双色状态指示灯
  pinMode(LED_GREEN, OUTPUT);
  pinMode(LED_RED_BOT, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);  // 初始状态：绿灯亮表示待机

  // 初始化PWM蜂鸣器驱动
  HwPWM0.addPin(BUZZER_PIN);
  HwPWM0.begin();
  HwPWM0.setResolution(15);  // 15位分辨率提供精细控制
  HwPWM0.setClockDiv(PWM_PRESCALER_PRESCALER_DIV_16); 

  // 启动AHT20温湿度传感器
  Wire.begin();
  while(!aht20.begin()) {  // 阻塞式检测确保传感器就绪
    Serial.println("AHT20初始化失败，请检查连接");
    delay(1000);
  }
}

二、BLE服务

// Adafruit标准环境服务（温度）
BLEAdafruitTemperature bleTemp; 

// Adafruit扩展湿度服务  
BLEAdafruitHumid bleHumid;

// Nordic按钮服务（复用为蜂鸣器控制）
BLEService lbs(LBS_UUID_SERVICE);
BLECharacteristic lsbLED(LBS_UUID_CHR_LED);

服务配置策略：

• 温度服务：使用预定义UUIDADAF0100，兼容主流BLE客户端
• 湿度服务：采用扩展UUIDADAF0700，保持服务独立性
• 控制服务：复用Nordic LBS规范，利用现有特征值实现快速开发

三、温湿度采集

关键特性

• 主循环以4Hz频率更新传感器数据，保证响应实时性
• BLE特征值回调直接访问全局变量，避免重复采样
• 内存拷贝使用memcpy而非逐字节赋值，提升传输效率

void loop() {
  // 高速采样（250ms）
  currentTemperature = aht20.getTemperature();
  currentHumidity = aht20.getHumidity();

  // BLE回调直接读取全局变量
  uint16_t tempMeasureCallback(uint8_t* buf, uint16_t bufsize) {
    memcpy(buf, &currentTemperature, 4);  // 小端格式传输
    return sizeof(float);
  }
}

四、蜂鸣器设备控制逻辑

1、关键特性

• PWM值500对应1KHz方波信号，驱动无源蜂鸣器
• 附加1个红色LED作为视觉反馈，增强人机交互体验
• 回调函数中避免耗时操作，确保蓝牙栈响应及时性

2、监听write回调

上位机作为central设备，控制下位机的Peripheral设备，需要向相应的Character写入数据，我们需要设置write回调来根据写入数据控制蜂鸣器和LED。

void led_write_callback(...) {
  if (data[0]) {
    HwPWM0.writePin(BUZZER_PIN, 500);  // 500/1000=50%占空比
    digitalWrite(LED_RED_BOT, LOW);    // 红色指示灯同步状态
  } else {
    HwPWM0.writePin(BUZZER_PIN, 0);    // 关闭PWM输出
    digitalWrite(LED_RED_BOT, HIGH);
  }
}

微信小程序核心逻辑

微信小程序整体软件流程图：

一、服务发现策略

关键技术点

• 使用UUID模式匹配而非精确比较，提高协议兼容性
• 分离环境服务和控制服务的处理逻辑，降低耦合度

const SERVICE_UUID = {
  TEMPERATURE: 'ADAF0100-C332-...',
  CONTROL: '00001523-1212-...'
};

wx.getBLEDeviceServices({
  success: res => {
    res.services.forEach(service => {
      if (service.uuid.includes('ADAF01')) this.handleEnvService(service)
      if (service.uuid.includes('1523')) this.handleControlService(service)
    })
  }
})

二、数据流处理

采用事件驱动架构实现高效数据解析。

wx.onBLECharacteristicValueChange(res => {
  const dv = new DataView(res.value);
  const value = dv.getFloat32(0, true);  // 小端格式解析
  
  if (res.characteristicId === tempChar) {
    this.setData({ 
      temperature: value.toFixed(1)  // 保留1位小数
    });
  }
})

优化措施

• 使用DataView替代TypedArray，精确控制字节序
• 数值格式化在客户端完成，减轻下位机计算负担
• 单精度浮点转换避免JavaScript精度丢失问题

效果展示

上位机：微信小程序

下位机

遇到的难题与解决办法

问题：nRF52833的Arduino环境编程报错，Error: No J-Link device found

​ 在使用Arduino对nRF52833编程时，发现烧写程序时，报错OpenOCD找不到Jlink，但是在任务管理器中可以看到JLink设备。

解法

经过网上搜索，发现原因是 OpenOCD 对 JLink 的驱动兼容问题，我们需要把 JLink 原来的驱动更换为 WinUSB 驱动才可以被 OpenOCD 识别。

驱动管理软件的下载地址：https://visualgdb.com/UsbDriverTool/

活动感想

通过本项目实践，深入掌握了BLE GATT协议栈开发、微信小程序蓝牙API集成等关键技术。Qorvo DWM3001CDK优秀的射频性能确保了稳定的无线连接，Nordic成熟的SDK极大简化了外设驱动开发。在开发过程中，体会到物联网系统需要硬件、固件、移动端的紧密配合，每个环节的参数优化都能显著提升整体性能。

本项目可扩展为智能农业监测系统，通过增加气压、光照强度等传感器，配合云平台实现大范围环境监控。期待未来能基于该平台开发更多创新应用，推动物联网技术在实际场景中的落地。

特别地，感谢交流群里的大佬 qqice ，大佬为本次活动的开发板 DWM3001CDK 完善了Arduino适配，并记录提醒了nRF52833在使用Arduino框架开发过程中要特别注意的踩坑点，无形中帮我节省了很多时间，十分感谢！

    感谢硬禾学堂和得捷电子联合举办的Funpack活动，祝硬禾的活动越办越好！