Nahtlose serielle Bluetooth-Kommunikation auf Raspberry Pi 2 mit Windows 10 IoT Core

Komponenten und Zubehör

Raspberry Pi 2 Model B	×	1
Generischer Bluetooth-USB-Dongle	×	1
Arduino UNO	×	1
SparkFun Bluetooth Modem – BlueSMiRF Silver	×	1

Apps und Online-Dienste

• Microsoft Windows 10 IoT Core
• Microsoft Visual Studio 2015

Projektbeschreibung

Dieses Projekt zeigt eine Universal Windows App (UWP), die einen Raspberry Pi 2 unter Windows 10 IoT Core per Bluetooth Serial Port Profile (SPP) mit einem eingebetteten Bluetooth-Gerät verbindet. Ein generischer Bluetooth-USB-Dongle dient als Schnittstelle. Die App wurde mit einem sehr alten Dongle entwickelt und sollte daher mit nahezu jedem Bluetooth-Dongle funktionieren.

Hintergrund: Bluetooth-Profile

Bluetooth ermöglicht Peer-to-Peer-Vernetzung über kurze Distanz. Im Gegensatz zu WLAN ist die Verbindung 1:1. Zwei Geräte können symmetrisch (z. B. OBEX) oder asymmetrisch (z. B. A2DP Audio-Streaming) kommunizieren.

Das Microsoft IoT-Core Bluetooth-Beispiel nutzt GATT (Generic Attribute Profile) für Bluetooth Low Energy. Dieses Projekt ist deutlich simpler: Es verwendet ausschließlich das Serial Port Profile (SPP) basierend auf RFCOMM – ideal für klassische serielle Datenübertragung zwischen Mikrocontrollern.

Die IoT-App (UWP)

Die App listet alle mit dem Pi gepairten Bluetooth-Geräte auf. Per Doppelklick wird eine Verbindung hergestellt. Texteingabe erfolgt per TextBox, Senden per Button. Empfangene Daten werden automatisch angezeigt. Beim Test-Endpunkt (Arduino mit Echo-Sketch) erscheint der gesendete Text wieder im Empfangsfeld.

Der Endpunkt (Arduino + Bluetooth-Modul)

Ein Arduino Uno mit BlueSMiRF Silver (oder vergleichbarem Modul) dient als Gegenstelle. Der Sketch echoed jeden empfangenen Character zurück.

Shield-Setup

void setup() {
  Serial.begin(115200); // Baudrate des BT-Moduls (im Command Mode gesetzt)
  delay(333);
  while (!Serial);
  delay(1000);
  Serial.println("The quick brown fox jumps over the lazy dog!");
}

Shield-Loop (Echo)

void loop() {
  char ch = Serial.read();
  while (255 == (byte)ch) { ch = Serial.read(); } // Warten auf gültiges Byte
  Serial.print(ch); // Zurücksenden
}

Wichtig: BT-Adapter zum Programmieren vom Arduino trennen (RX/TX-Konflikt).

Pairing (Kopplung)

Bluetooth-Geräte müssen vor der Verbindung gepairt werden. Da IoT-Core-Geräte oft „headless“ sind (kein Display, keine Popups), erfolgt Pairing über:

• IoT-Core Web-Portal (neuere Versionen unterstützen Passkey-Pairing)
• Kommandozeilen-Tool per SSH

Details zum Pairing finden sich im verlinkten Artikel „Win 10 IoT-Core: Bluetooth Universal Windows Serial App“ auf embedded101.com.

Projekt in Visual Studio 2015 erstellen

Neues Projekt → Visual C# → Windows → Blank App (Universal Windows)

UI in XAML erstellen

• Alle Textelemente: TextBlock, außer Sende-Feld: TextBox (Multiline/Enter aktiviert)
• Empfangsfeld: TextBlock mit TextWrapping
• Layout: Horizontale StackPanels für Zeilen, diese in vertikaler StackPanel mit der ListBox
• ListBox (ConnectDevices) mit Binding an PairedDevices, ItemTemplate zeigt Name

<ListBox x:Name="ConnectDevices" 
  ItemsSource="{Binding Source={StaticResource PairedDevices}}" 
  Margin="10" DoubleTapped="ConnectDevices_DoubleTapped" 
  Width="Auto" Height="Auto">
  <ListBox.ItemTemplate>
    <DataTemplate>
      <TextBlock Text="{Binding Name}" />
    </DataTemplate>
  </ListBox.ItemTemplate>
</ListBox>

App-Konfiguration (Package.appxmanifest)

Da der UI-Editor die nötigen Capabilities nicht unterstützt: Rechtsklick → Open With → XML Editor. Im <Capabilities>-Bereich:

<Capabilities>
  <Capability Name="internetClient" />
  <DeviceCapability Name="bluetooth.rfcomm">
    <Device Id="any">
      <Function Type="name:serialPort"/>
    </Device>
  </DeviceCapability>
</Capabilities>

internetClient ist Standard, für dieses Projekt nicht zwingend nötig.

Gepairte Geräte ermitteln

Beim App-Start werden alle per SPP verfügbaren Geräte asynchron gesucht:

DeviceInformationCollection DeviceInfoCollection 
  = await DeviceInformation.FindAllAsync(
      RfcommDeviceService.GetDeviceSelector(RfcommServiceId.SerialPort));

Die Collection wird in eine ObservableCollection<PairedDeviceInfo> überführt für die ListBox.

_pairedDevices = new ObservableCollection<PairedDeviceInfo>();
foreach (var item in DeviceInfoCollection) {
  _pairedDevices.Add(new PairedDeviceInfo {
    Name = item.Name,
    Id = item.Id,
    DeviceInfo = item
  });
}

PairedDeviceInfo Klasse:

• Name (string)
• Id (string)
• DeviceInfo (Windows.Devices.Enumeration.DeviceInformation)

Verbindung aufbauen

Per Doppelklick auf ListBox-Eintrag:

_service = await RfcommDeviceService.FromIdAsync(DeviceInfo.Id);
_socket = new StreamSocket();
await _socket.ConnectAsync(_service.ConnectionHostName, _service.ConnectionServiceName);

Erfolg: _socket ist nicht null. Fehlerbehandlung per try-catch.

Senden/Empfangen nutzt _socket.OutputStream / _socket.InputStream.

Text empfangen (asynchron, separater Thread)

private async void Listen() {
  ReadCancellationTokenSource = new CancellationTokenSource();
  if (_socket.InputStream != null) {
    dataReaderObject = new DataReader(_socket.InputStream);
    while (true) {
      await ReadAsync(ReadCancellationTokenSource.Token);
    }
  }
}

private async Task ReadAsync(CancellationToken cancellationToken) {
  uint ReadBufferLength = 1024;
  cancellationToken.ThrowIfCancellationRequested();
  dataReaderObject.InputStreamOptions = InputStreamOptions.Partial;
  var loadAsyncTask = dataReaderObject.LoadAsync(ReadBufferLength).AsTask(cancellationToken);
  UInt32 bytesRead = await loadAsyncTask;
  if (bytesRead > 0) {
    string recvdtxt = dataReaderObject.ReadString(bytesRead);
    // UI-Update hier (Dispatcher nötig)
  }
}

Text senden (synchon aus UI-Sicht)

private async void Send(string msg) {
  DataWriter dataWriteObject = new DataWriter(_socket.OutputStream);
  dataWriteObject.WriteString(msg);
  var storeAsyncTask = dataWriteObject.StoreAsync().AsTask();
  UInt32 bytesWritten = await storeAsyncTask;
}

Button-Zustände

Buttons (Senden, Empfang starten) sind nur aktiv, wenn verbunden. Entsprechende Enable/Disable-Logik im Code.

Fertig!

Die App ermöglicht serielle Bluetooth-Kommunikation zwischen Raspberry Pi 2 (IoT Core) und klassischen Bluetooth-Modulen (HC-05, BlueSMiRF, etc.) – basis für viele IoT-Projekte.

Quellcode: GitHub | Codeplex (Mirror)