iOS×ESP32でBLE接続して制御するための準備

概要
- 環境
準備するもの（物理）
- ESP32とは
iPhone®とESP32をBLEで接続する
まとめ

概要

iPhone®とESP32をBLEで接続し、制御するための準備方法をご紹介します。
ここではBLEやBluetooth（classic）の違いなどは説明しませんのでその辺りを知りたい方は別の記事を参考にしていただければと思います。
今回の目標としてはiPhone®とESP32をBLE接続を行うまでが目標です。

環境

この記事は以下のバージョン環境のもと作成されたものです。
【Arduino IDE】2.0.0
【iOS】16.0.2
【macOS】Monterey バージョン 12.5

準備するもの（物理）

iOS×ESP32でBLE接続して制御するためESP32とiPhone®は必須となります。
ESP32に関しては今回Espressif Systems製のESP-WROOM-32を使用しましたがメーカーはどこでも良いかと思います。
iPhone®に関してはBLE接続ができればどのシリーズでも良いです。

ESP32とは

ESP32について少し説明します。
Arduinoと同じくマイコンの一種ですがWiFiとBLEを搭載しています。
またデュアルコア、動作クロックは240MHz、RAMは520KB、フラッシュメモリは64MBなどとなっており、非常に高いスペックを持ちながら1000円以下で購入することができます。

iPhone®とESP32をBLEで接続する

iPhone®とESP32をBLEで接続するための準備を行なっていきます。
流れとしては以下の通りです。

Arduino IDEのダウンロード
ESP32のボードを追加
スケッチ例からサンプルコード起動
nRF Connect for Mobileを使用してBLE接続する

以上です。

Arduino IDEをダウンロード

Arduino IDEは以下からダウンロードできます。
特段セットアップなどもなく、必要なOSのIDEをダウンロードしてインストールし、起動するだけです。

www.arduino.cc

ESP32のボードを追加

デフォルトではESP32に対応するボードが用意されていないので追加する必要があります。
Arduino IDE → 基本設定... → 追加のボードマネージャのURL → 以下URL記入
https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

続いてツール → ボードマネージャで"ESP32"を検索してライブラリをインストールします。

これでESP32のボードを追加することができましたので確認して、以下のボードに設定しておきます。

スケッチ例からサンプルコード起動

Arduino IDEではスケッチ例から様々なサンプルコードを生成することが可能です。
以下BLE接続を行うためのサンプルコードを生成する方法です。
ファイル → スケッチ例 → ESP32 BLE Arduino → BLE_server

生成されるサンプルコードは以下の通りです。

#include <BLEDevice.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLEServer.h>

// See the following for generating UUIDs:
// https://www.uuidgenerator.net/

#define SERVICE_UUID        "4fafc201-1fb5-459e-8fcc-c5c9c331914b"
#define CHARACTERISTIC_UUID "beb5483e-36e1-4688-b7f5-ea07361b26a8"

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("Starting BLE work!");

  BLEDevice::init("Long name works now");
  BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();
  BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);
  BLECharacteristic *pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
                                         CHARACTERISTIC_UUID,
                                         BLECharacteristic::PROPERTY_READ |
                                         BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE
                                       );

  pCharacteristic->setValue("Hello World says Neil");
  pService->start();
  // BLEAdvertising *pAdvertising = pServer->getAdvertising();  // this still is working for backward compatibility
  BLEAdvertising *pAdvertising = BLEDevice::getAdvertising();
  pAdvertising->addServiceUUID(SERVICE_UUID);
  pAdvertising->setScanResponse(true);
  pAdvertising->setMinPreferred(0x06);  // functions that help with iPhone connections issue
  pAdvertising->setMinPreferred(0x12);
  BLEDevice::startAdvertising();
  Serial.println("Characteristic defined! Now you can read it in your phone!");
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  delay(2000);
}

nRF Connect for Mobileを使用してBLE接続する

最後にESP32とiPhone®を接続していきたいと思います。
接続には以下のようなBLEを検知して接続する専用のAppが必要です。

nRF Connect for Mobile

Nordic Semiconductor ASA
ユーティリティ
無料

apps.apple.com

接続にAppを使用する理由ですが、かなり古いですが以下スタックオーバーフローでこのような記載があります。

Bluetooth Low Energy デバイスは、[設定] -> [Bluetooth] ページで検出できません。これは、キーボードやヘッドセット/ハンズフリーデバイスなどの Bluetooth 2.1/3.0 デバイス専用です。

stackoverflow.com

よって標準の [設定] → [Bluetooth] ではBLEは検出することができません。
またBLE接続をするにはCoreBluetoothを使用する必要があるようです。
ここでは一旦BLE接続ができることが確認できればいいのでCoewBluetoothを使用してアプリを作る前に、接続を検証したかったのでBLEを検出できるアプリを使用しました。