Raspberry Pi 3の Python BLE pygattlibライブラリで TIの SensorTagに接続して制御する方法 (ラズパイ３と Python BLE pygattlibで TIの SensorTagのセンサーの値を取得とボタン状態の通知を受信する)

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・2017/08/17

Raspberry Pi 3の Python BLE pygattlibライブラリで TIの SensorTagに接続して制御する方法

(ラズパイ３と Python BLE pygattlibで TIの SensorTagのセンサーの値を取得とボタン状態の通知を受信する)

Tags: [Raspberry Pi], [電子工作]

● Raspberry Pi 3 Model Bを遂に購入

　Raspberry Pi3 Model B RPI2 RPI3

　大人気の CPUボードの Raspberry Piに WiFiと Bluetoothが搭載されたモデルが新発売となりました。
　以前から Raspberry Pi 2を買おうかどうか迷っていましたが、Raspberry Pi 3 Model Bの発売を機に購入を決意してラズベリアンになる事にしました。

　※ ラズパイの OS Raspbianはバージョンが上がる毎に過去の版と OSの内部の作りが変わり、過去に書かれた製作記事（例えば Raspbian Wheezyの時代の記事）がそのままではエラーが出たりして動かない事が有ります。
　※ 当方のホームページのラズパイ記事は全て Raspberry Pi 3 Model Bと Raspbian Jessieの組み合わせで動作確認をしております。
（ただし、将来的に新しい Raspbian OSが出た場合に、当方の Raspbian Jessieを基にした内容がそのままでは動かない可能性が有ります。）
　※ 2017/08/16から Raspbian OSは Raspbian Jessieから Raspbian Stretchに変わりました。
　※ 2019/06/20から Raspbian OSは Raspbian Stretchから Raspbian Busterに変わりました。

Download Raspbian for Raspberry Pi

ちなみに、歴代のバージョンと名称は

Debian	コードネーム	年月	備考	（参考）Ubuntuでの該当名称
Debian 11	Bullseye	2021/08/14～	2021/11からラズパイにリリース	Focal Fossa 20.04 LTS ？
Debian 10	Buster	2019/06/20～	2019/06からラズパイ４対応	Bionic 18.04 LTS
Debian 9	Stretch	2017/08/16～	2018/03からラズパイ３Ｂ＋対応	Xenial 16.04 LTS
Debian 8	Jessie	2015～	2016/02からラズパイ３対応	Trusty 14.04 LTS
Debian 7	Wheezy	2013～2016
Debian 6.0	Squeeze	2011～2014
Debian GNU/Linux 5.0	Lenny	2009～2012

●ラズパイ３ + Python + pybluezで BLEセントラルを作成し Bluetooth BLEのペリフェラル機器を制御する

　ラズパイ３ + Python + pybluezで BLEセントラルを作成して、Bluetooth BLEの周辺機器を制御します。
　Node.jsを使う場合の nobleに相当します。

　ここでは BLEや Python pybluezに慣れる為にサンプルを動かして BLEと pybluezに対して免疫をつけていきます。

●ラズパイ３に Python pybluezをインストールする方法

・ uname -aで環境を確認する。
　（RASPBIAN STRETCH WITH DESKTOP Release date:2017-08-16）
　使用した Raspbian OSのバージョン

$ uname -a
Linux raspberrypi 4.9.41-v7+ #1023 SMP Tue Aug 8 16:00:15 BST 2017 armv7l GNU/Linux

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Raspbian
Description:    Raspbian GNU/Linux 9.1 (stretch)
Release:        9.1
Codename:       stretch

$ python -V
Python 2.7.13

　2017/08版の Raspbian OSには Python 2.7.13がインストールされています。

●ラズパイ３に BLE pybluezライブラリをインストールする方法

　pybluez
karulis/pybluez - Bluetooth Python extension module

　pybluezが使用している pygattlibライブラリ
Oscar Acena / pygattlib

　pybluezの動作に必要な pygattlibライブラリで必要なライブラリを先にインストールします。
pygattlib DEPENDS
pygattlibが必要とするライブラリの一覧。いつもの apt-getでインストールします。

pkg-config
libboost-python-dev
libboost-thread-dev
libbluetooth-dev >= 4.101
libglib2.0-dev
python-dev

sudo apt-get update

sudo apt-get -y install libboost-python-dev libboost-thread-dev libbluetooth-dev libglib2.0-dev python-dev

　その後、pip install pybluez[ble]で pybluezや pygattlib等の諸々を一括してインストールします。
実際には pip install pybluez[ble]には sudoが必要です。（後述でエラーを説明します）

# pybluezやその他の一式を一括してインストール。
pip install pybluez[ble]
# PyBluez-0.22.zip
# gattlib-0.20150805.tar.gz

# pybluezのサンプルを gitからダウンロードします。
cd
git clone https://github.com/karulis/pybluez

# pybluezのサンプル一覧を表示。.pyファイルの一覧
cd
cd pybluez/examples
ls -l */*.py

・ pybluezの scan.pyサンプルを動かす

cd
cd pybluez/examples
python ./ble/scan.py

Traceback (most recent call last):
  File "./ble/scan.py", line 4, in <module>
    devices = service.discover(2)
RuntimeError: Set scan parameters failed (are you root?)
　sudoが無いと怒られます。

　sudoを付けます。

cd
cd pybluez/examples
sudo python ./ble/scan.py

Traceback (most recent call last):
  File "./ble/scan.py", line 1, in <module>
    from bluetooth.ble import DiscoveryService
ImportError: No module named bluetooth.ble
　bluetooth.bleが無いと怒られます。

　上記の pybluezや pygattlib等のライブラリを sudo pip install pybluez[ble]でインストールします。

sudo pip install pybluez[ble]

　改めて sudoを付けて scan.pyを実行します。

cd
cd pybluez/examples
sudo python ./ble/scan.pysudo python ./ble/scan.py

$ sudo python ./ble/scan.py
name: M62xxx  , address: 20:91:48:xx:xx:xx
name: SensorTag, address: BC:6A:29:xx:xx:xx
name: , address: 94:53:30:xx:xx:xx

　周辺の BLEの一覧を表示しました。

● pygattlibライブラリを確認したら pybluezの存在意義が分からなくなった。

　pygattlibライブラリをそのまま使っても私のしたい事が実現できそうなので pybluezを使わずに直接 pygattlibライブラリを使用する事にします。

　BLE通信の周辺機器としては TIの SensorTag CC2541DKを使用します。

　接続に使用する TI SensorTag キット。
　TIのページから直接 $29で PayPal支払いで簡単に購入できます。
IoT を容易に実現 - TI SensorTag キット

・2014/08/01

TIの 8051マイコン内蔵の BLE CC2540/CC2541を使ってみる
Bluetooth Low Energyの SensorTagや iBeacon、CC Debuggerの使い方など

　GATT Characteristicsの一覧表。Bluetooth SIGで決めた決まりきった UUIDの一覧表。
GATT Characteristics - Bluetooth SIG

　SensorTag User Guide CC2541DK SENSORの UUIDの一覧表。
SensorTag User Guide

　また、毎回 SensorTagの BLEアドレスを記述するのが面倒なので環境変数化します。

$ export TARGET_BLE=BC:6A:29:11:22:33
$ echo $TARGET_BLE
BC:6A:29:11:22:33
$ sudo echo $TARGET_BLE
BC:6A:29:11:22:33

・まずはコマンドラインで確認する。

# hciconfigでラズパイ側の BLEの状態を確認する
hciconfig

hci0:   Type: Primary  Bus: UART
        BD Address: 43:43:A1:xx:xx:xx  ACL MTU: 1021:8  SCO MTU: 64:1
        UP RUNNING
        RX bytes:1303 acl:0 sco:0 events:77 errors:0
        TX bytes:4277 acl:0 sco:0 commands:63 errors:0

# sudo hcitool lescanで周辺の BLE機器を探索して一覧表示をする
sudo hcitool lescan

LE Scan ...
94:53:30:xx:xx:xx (unknown)
20:91:48:xx:xx:xx (unknown)
20:91:48:xx:xx:xx M36xxxxxx
BC:6A:29:xx:xx:xx (unknown)
BC:6A:29:xx:xx:xx SensorTag
20:91:48:xx:xx:xx (unknown)
20:91:48:xx:xx:xx M62xxxxxx
94:53:30:xx:xx:xx (unknown)

　スキャン結果に SensorTagが有る事を確認します。

・ Discovering devicesのサンプルを動かす

nano DiscoveryService.py

from gattlib import DiscoveryService

service = DiscoveryService("hci0")
devices = service.discover(2)

for address, name in devices.items():
    print("name: {}, address: {}".format(name, address))

sudo python DiscoveryService.py

$ sudo python DiscoveryService.py
name: M62xxxx  , address: 20:91:48:xx:xx:xx
name: M36xxxx  , address: 20:91:48:xx:xx:xx
name: , address: 94:53:30:xx:xx:xx
name: SensorTag, address: BC:6A:29:xx:xx:xx

・ Reading dataのサンプルを動かす

nano ReadingData.py

import sys
from gattlib import GATTRequester

req = GATTRequester(sys.argv[1])
name = req.read_by_uuid("00002a00-0000-1000-8000-00805f9b34fb")[0]
print("name: {}".format(name))

sudo python ReadingData.py $TARGET_BLE

$ sudo python ReadingData.py $TARGET_BLE
name: TI BLE Sensor Tag

　UUID 2A00の Device Nameを読み込んで表示します。

・ Reading data asynchronouslyのサンプルを動かす

　非同期読み込みのテスト

nano ReadingDataAsync.py

import sys
from time import sleep
from gattlib import GATTRequester, GATTResponse

class NotifyYourName(GATTResponse):
    def on_response(self, name):
        print("your name is: {}".format(name))

response = NotifyYourName()
req = GATTRequester(sys.argv[1])
# req.read_by_handle_async(0x0015, response)
req.read_by_uuid_async("00002a00-0000-1000-8000-00805f9b34fb", response)

while True:
    # here, do other interesting things
    print("wait.")
    sleep(1)

sudo python ReadingDataAsync.py $TARGET_BLE

$ sudo python ReadingDataAsync.py $TARGET_BLE
wait.
your name is: TI BLE Sensor Tag
wait.
wait.

・ Writing data Receiving notificationsのサンプルを動かす

　BLE Notificationsのテスト
　CC2541DK SensorTagのボタンを押すと BLE Notif通知を受信してボタンの状態を画面に表示します。

nano ReceivingNotif.py

import sys
from time import sleep
from gattlib import GATTRequester

class Requester(GATTRequester):
    def on_notification(self, handle, data):
        print("- notification on handle: {}\n".format(handle))

req = GATTRequester(sys.argv[1])
req.write_by_handle(0x006c, str(bytearray([0x01, 0x00])))
print("wait.")
sleep(5)
req.write_by_handle(0x006c, str(bytearray([0x00, 0x00])))

sudo python ReceivingNotif.py $TARGET_BLE

$ sudo python ReceivingNotif.py $TARGET_BLE
wait.
on notification, handle: 0x6b -> 00:02:
on notification, handle: 0x6b -> 00:00:
on notification, handle: 0x6b -> 00:02:
on notification, handle: 0x6b -> 00:03:
on notification, handle: 0x6b -> 00:01:
on notification, handle: 0x6b -> 00:00:

Tags: [Raspberry Pi], [電子工作]

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