概述

1 Advertising功能介绍

1.1 实现原理

1.2 广播类型

1.3 广播数据格式

1.4 优化建议

1.5 常见问题和解决方法

2 Nordic 蓝牙广播（Advertising）功能实现

2.1 环境准备与SDK基础

2.2 广播功能实现

2.3 广播优化与最佳实践

3 实际应用案例

3.1 iBeacon实现

3.2 环境传感器广播

3.3 功耗测量优化

3.4 广播性能优化技巧

4 常见问题解决

4.1 广播不可见

4.2 数据更新失败

4.3 高功耗问题

概述

本文主要介绍Zephyr RTOS蓝牙广播（Advertising）功能实现，Zephyr RTOS为Nordic芯片提供了强大的蓝牙支持，使开发者能够高效实现BLE功能。下面我将详细介绍在Zephyr OS上实现蓝牙广播的完整流程。

1 Advertising功能介绍

蓝牙广播是低功耗蓝牙（BLE）中设备向外发送信息的主要方式，适用于信标、传感器数据广播、设备发现等场景。下面我将详细介绍蓝牙广播的实现原理和具体方法。

1.1 实现原理

蓝牙广播的核心机制是：

设备周期性地在三个广播信道（37, 38, 39）上发送广播包

广播包包含设备信息、服务标识和自定义数据

附近设备通过扫描接收这些广播信息

设备可以设置广播参数（间隔、类型、数据等）

1.2 广播类型

广播类型	值	描述	适用场景
ADV_IND	0	可连接的非定向广播	通用设备发现
ADV_DIRECT_IND	1	可连接的定向广播	快速重连
ADV_SCAN_IND	2	可扫描的非定向广播	广播数据
ADV_NONCONN_IND	3	不可连接的非定向广播	信标设备
ADV_DIRECT_IND_LOW	4	低占空比的定向广播	节能设备

1.3 广播数据格式

1）合理组织AD结构：

// 推荐的广播数据结构
[Flags][Service UUID][Device Name][Tx Power][Manufacturer Data]

2）控制数据长度

广播数据：最大31字节扫描响应数据：最大31字节优先放置重要信息在广播数据中

1.4 优化建议

1）功耗优化

适当增加广播间隔（100ms-1s）

使用不可连接广播类型(ADV_NONCONN_IND)

在不需要时停止广播

2） 数据压缩

使用紧凑的数据格式

避免重复信息

使用自定义二进制格式替代文本

3）安全考虑：

避免广播敏感信息

使用随机设备地址

实现广播数据加密（如Eddystone-EID）

1.5 常见问题和解决方法

1）广播数据被截断

检查数据长度是否超过31字节

优先放置重要数据在开头

使用扫描响应数据补充信息

2） 设备无法被发现

确认使用了正确的广播类型

检查广播信道是否被干扰

验证广播间隔设置是否合理

3） 功耗过高

增加广播间隔

减少广播数据量

使用更节能的广播类型

4）兼容性问题：

避免使用BLE 5.0特有功能与旧设备通信

包含基本的BLE 4.0兼容数据

提供多种广播数据格式

2 Nordic 蓝牙广播（Advertising）功能实现

2.1 环境准备与SDK基础

1) 开发环境

硬件：nRF52系列开发板（如nRF52832/nRF52840）

软件：

nRF Connect SDK（最新版本）

Segger Embedded Studio 或 VSCode + nRF Connect插件

nRF Command Line Tools

2) SDK关键组件

SoftDevice：蓝牙协议栈

BLE Advertising Module：广播功能核心模块

BLE Services：GAP和GATT服务

2.2 广播功能实现

1）基础广播实现

#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/bluetooth/bluetooth.h>
#include <zephyr/bluetooth/gap.h>/* 广播参数配置 */
static const struct bt_le_adv_param *adv_param = BT_LE_ADV_PARAM(BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE | BT_LE_ADV_OPT_USE_NAME, // 可连接且包含设备名800,   // 最小广播间隔: 800*0.625ms=500ms1600,  // 最大广播间隔: 1600*0.625ms=1000msNULL); // 对等设备地址(定向广播使用)/* 广播数据结构 */
static const struct bt_data ad[] = {BT_DATA_BYTES(BT_DATA_FLAGS, BT_LE_AD_GENERAL | BT_LE_AD_NO_BREDR),BT_DATA(BT_DATA_NAME_COMPLETE, CONFIG_BT_DEVICE_NAME, sizeof(CONFIG_BT_DEVICE_NAME) - 1),
};/* 扫描响应数据 */
static const struct bt_data sd[] = {BT_DATA(BT_DATA_UUID16_ALL, BT_UUID_16_ENCODE(BT_UUID_DIS_VAL)),
};void main(void)
{int err;/* 初始化蓝牙协议栈 */err = bt_enable(NULL);if (err) {printk("Bluetooth init failed (err %d)\n", err);return;}printk("Bluetooth initialized\n");/* 启动广播 */err = bt_le_adv_start(adv_param, ad, ARRAY_SIZE(ad), sd, ARRAY_SIZE(sd));if (err) {printk("Advertising failed to start (err %d)\n", err);return;}printk("Advertising successfully started\n");/* 主循环 */while (1) {k_sleep(K_SECONDS(10));// 在此添加广播更新逻辑}
}

2）高级广播功能

- 2.1）制造商特定数据广播

/* 制造商特定数据结构 */
#define MANUFACTURER_ID 0x0059 // Nordic的厂商IDstatic uint8_t mfg_data[5] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05}; // 自定义数据static struct bt_data custom_ad[] = {BT_DATA_BYTES(BT_DATA_FLAGS, BT_LE_AD_GENERAL | BT_LE_AD_NO_BREDR),BT_DATA(BT_DATA_MANUFACTURER_DATA, mfg_data, sizeof(mfg_data)),
};/* 更新广播数据 */
void update_advertising_data(void)
{// 动态更新制造商数据mfg_data[0] = (k_uptime_get_32() >> 24) & 0xFF;mfg_data[1] = (k_uptime_get_32() >> 16) & 0xFF;// 停止当前广播bt_le_adv_stop();// 使用新数据重新启动广播bt_le_adv_start(adv_param, custom_ad, ARRAY_SIZE(custom_ad), NULL, 0);
}

-2.2）扩展广播 (BLE 5.0+)

#if defined(CONFIG_BT_EXT_ADV)
/* 扩展广播参数 */
static const struct bt_le_adv_param ext_adv_param = {.id = 0,.sid = 0,.secondary_max_skip = 0,.options = BT_LE_ADV_OPT_EXT_ADV | BT_LE_ADV_OPT_USE_NAME |BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE,.interval_min = BT_GAP_ADV_FAST_INT_MIN_2, // 30ms.interval_max = BT_GAP_ADV_FAST_INT_MAX_2, // 50ms.peer = NULL,
};/* 配置扩展广播 */
void start_extended_advertising(void)
{struct bt_le_ext_adv *ext_adv;int err;/* 创建扩展广播实例 */err = bt_le_ext_adv_create(&ext_adv_param, NULL, &ext_adv);if (err) {printk("Failed to create extended advertising set (err %d)\n", err);return;}/* 设置广播数据 */err = bt_le_ext_adv_set_data(ext_adv, ad, ARRAY_SIZE(ad), sd, ARRAY_SIZE(sd));if (err) {printk("Failed to set advertising data (err %d)\n", err);return;}/* 启动扩展广播 */err = bt_le_ext_adv_start(ext_adv, BT_LE_EXT_ADV_START_DEFAULT);if (err) {printk("Failed to start extended advertising (err %d)\n", err);return;}printk("Extended advertising started\n");
}
#endif /* CONFIG_BT_EXT_ADV */

3. 动态广播间隔调整

/* 动态调整广播间隔 */
void adjust_advertising_interval(uint16_t min_interval, uint16_t max_interval)
{// 创建新的广播参数const struct bt_le_adv_param *new_param = BT_LE_ADV_PARAM(BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE | BT_LE_ADV_OPT_USE_NAME,min_interval,max_interval,NULL);// 停止当前广播bt_le_adv_stop();// 使用新参数启动广播bt_le_adv_start(new_param, ad, ARRAY_SIZE(ad), sd, ARRAY_SIZE(sd));printk("Advertising interval adjusted to %d-%d ms\n",min_interval * 5 / 8, max_interval * 5 / 8);
}/* 在低功耗模式下延长广播间隔 */
void enter_low_power_mode(void)
{// 设置长间隔：2000-4000 msadjust_advertising_interval(3200, 6400);
}/* 在活跃模式下缩短广播间隔 */
void enter_active_mode(void)
{// 设置短间隔：100-200 msadjust_advertising_interval(160, 320);
}