ESP-IDFを使ってみる

BluetoothとBLE

ESP32のBluetoothコントローラーは、BR/EDR(Basic Rate/Enhanced Data Rate)と、BLE(Bluetooth V4.2)の両方をサポートしています。
BRとはV1.0から存在する方式のBluetooth無線で、EDRとはV2.0で追加された方式のBluetooth無線です。
スペック上、BRとEDRをまとめて、BR/EDRとかClassic Bluetoothとか単にBluetoothと呼ばれています。
ESP32のBluetooth Architectureはこちらに公開されています。

ESP-IDFではBLE Host StackとしてESP-BluedroidとESP-NimBLEが提供されています。
ESP-BluedroidとESP-NimBLEの違いはこちらに公開されています。
ESP-Bluedroid Host StackはClassic BluetoothとBLEの両方をサポートしていますが、ESP-NimBLE Host StackはBLEだけをサポートしています。

Host Stack	Classic Bluetooth	BLE
ESP-Bluedroid Host Stack	〇	〇
ESP-NimBLE Host Stack	×	〇

ESP-IDFには、これら全てのサンプルが含まれています。
ESP-Bluedroid Classic Bluetoothのサンプルはこちら、ESP-Bluedroid BLEのサンプルはこちら、ESP-NimBLEのサンプルはこちらです。

ESP-BluedroidもESP-NimBLEも、どちらもなかなか難解なAPIですが、ESP-NimBLEはconcurrent connections(同時接続)をサポートしています。
同時接続数はここで指定することができます。

ESP32シリーズのBluetooth/BLEのサポートはモデルにより微妙に違います。
一覧にするとこのようになります。

	Classic Bluetooth	BLE 4.2	BLE 5.0
ESP32	〇	〇	×
ESP32S2	×	×	×
ESP32S3	×	〇	〇
ESP32C2(ESP8684)	×	〇	〇
ESP32C3(ESP8685)	×	〇	〇
ESP32C6	×	〇	〇
ESP32H2	×	〇	〇

ESP32S3などはBLE 4.2と5.0をサポートしていますが、どちらを使うかは以下のCONFIG値により決定します。
これは4.2の時です。

CONFIG_BT_ENABLED=y

              # CONFIG_BT_BLE_50_FEATURES_SUPPORTED is not set

              CONFIG_BT_BLE_42_FEATURES_SUPPORTED=y

これは5.0の時です。

CONFIG_BT_ENABLED=y

              CONFIG_BT_BLE_50_FEATURES_SUPPORTED=y

# CONFIG_BT_BLE_42_FEATURES_SUPPORTED is
                not set

BLE 4.2も5.0も、基本的なAPIは同じですが、BLE 5.0を有効にすると、BLE 5.0で拡張されたAPIを使うことが出来るようになります。

Classic Bluetoothのサンプルの中では、SPPのサンプルが分かり易いです。
2台のESP32を使って、片方でこちらのacceptorを、もう片方でこちらのinitiatorをビルドします。
EDRのスペック上の転送速度は3Mbpsですが、ESP32では大体1.6Mbpsぐらいのスピードで通信することができます。

acceptorのサンプルを使うと、簡単に音声でESP32を操作することが出来るようになります。
始めに、こちらのサンプルのソース(example_spp_acceptor_demo.c)を一部変更します。

//#define SPP_SHOW_MODE
              SPP_SHOW_SPEED    /*Choose show mode: show
              data or speed*/

              #define SPP_SHOW_MODE SPP_SHOW_DATA   
              /*Choose show mode: show data or speed*/

これでSPPで受信したデータを表示できるようになります。
ビルドして実行するとSPPの受信待ちになります。

スマホの設定アプリでBluetoothを有効にして、ESP_SPP_ACCEPTORとペアリングします。
ペアリングの際にPIN番号を要求されますので「1234」を入力します。
次に、スマホにこちらのアプリをインストールします。
APKファイルのインストールについては、色々なところで紹介されていますので、ここでは割愛します。
このアプリは音声をテキストに変換し、SPPで送信するアプリで、HC05やHC06を受信機として使われることが多いです。
アプリを起動したら、CONNECTメニューから「ESP_SPP_ACCEPTOR」を選んでペアリングします。

さらに、LANGUAGEメニューから「JA」を選んで日本語が認識できるようにします。

この状態でマイクロフォンをタップし喋ると、喋った日本語がESP32側に表示されます。

日本語で喋ってみました。
なかなかいい感じです。
普通に日本語で使うことができます。
デモコードはこちらで公開しています。

最初は「おはよう」を認識してくれませんでしたが、どうも学習機能が有るようで、沢山喋ったら認識してくれるようになりました。
ただ、「ハロー」は認識しますが、「ハローESP32」は英語になってしまいます。
もう少し、鍛える必要が有りそうです。

長い日本語もきちんと認識することができます。
ソースは見ていないですが、おそらくGoogleの翻訳機能を使っているのだと思います。

こちらのアプリも音声をテキストに変換し、SPPで送信することができます。
Bluetooth接続時にTerminal modeを選びます。

音声入力だけでなくIMEからも入力することができます。

こちらの音声合成ライブラリを併用すれば、簡単にAlexaもどきが作れます。
英語だけでよければ、こちらの XFS5152CE音声合成モジュールを使うこともできます。

BLEのサンプルの中では、スループットを求めるサンプルが分かり易いです。
2台のESP32を使って、片方でこちらのserverを、もう片方でこちらのclientをビルドします。
こちらはBLEのNOTIFYを使っています。
BLE V4のスペック上の転送速度は1Mbpsですが、ESP32では500Kbpsぐらいのスピードで通信することができます。

続く．．．