蓝牙翻页笔（PPT控制器） | ESP32轻松学
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[*]ESP32概述与Arduino软件准备
[*]新冠肺炎疫情数据实时显示器
[*]B 粉计数器
在前面几期中，有读者反馈，因为网络原因，在 Arduino 软件中配置 ESP32 和 ESP8266 开发环境，经常会失败。所以这次我给大家带来了已经配置好开发环境的 Arduino 绿色版软件，解压即用，可直达文末获取下载地址。
本期给大家带来的案例是：蓝牙翻页笔。
先来看一下演示视频吧：
https://www.bilibili.com/video/av90824717/
# 前言 #
关于翻页笔，其实我在之前就已经给大家分享过用好搭徽章板和 micro:bit 来实现翻页笔的案例，大家可以跳转下面的连接去查看：
萌宠体感翻页笔DIY教程
这次要设计的翻页笔，功能与之前做的类似，不同点在于：
[*]主控板采用了ESP32掌控板，而且只要一块板子就够了，不需要两块板子配合；
[*]程序采用了 Arduino 代码方式，当然在文末我也会提供图形化代码供参考；
[*]连接方式变成了 BLE 无线蓝牙，可以兼容 Mac、WIndows、iOS、Android 等。
下面开始进入正题。
# ESP32 蓝牙键盘库 #
编写蓝牙翻页笔程序之前，我们先来了解一下 ESP32-BLE-Keyboard 这个 Arduino 库。我们编写翻页笔程序主要是借助这个库来完成。这个库的功能，主要是将 ESP32 模拟成蓝牙键盘，然后向电脑发送按键命令，比如说我们翻页笔中会用到的：F5 按键（控制 PPT 开始播放）、ESC 按键（控制 PPT 退出播放）、还有上、下翻页按键 Page Up 和 Page Down（或者箭头 ← 和 →）。
使用这个库之前，首先我们要将这个库导入 Arduino 软件中，具体导入方法，这里不展开了，网上随便搜一下就有。
我们打开这个库的头文件 BleKeyboard.h，可以对这个库有一个大概的了解。这个库里面主要有以下几个功能模块：
## BleKeyboard 对象
BleKeyboard 用来声明蓝牙键盘对象，用在程序开头，用来初始化设定蓝牙键盘的名称 deviceName 、键盘生产厂商 deviceManufacturer、键盘电量 batteryLevel。当然你也可以不用设置，这个时候，程序就会用默认值来对键盘进行设置。
BleKeyboard(std::string deviceName = "ESP32 BLE Keyboard", std::string deviceManufacturer = "Espressif", uint8_t batteryLevel = 100);
## begin()和 end() 函数
这两个函数的定义如下：
void begin(void);
void end(void);
主要是用来启动与结束键盘的。
## press() 函数
在头文件定义中，press() 函数有两个：
size_t press(uint8_t k);
size_t press(const MediaKeyReport k);
这两个 press() 函数，可以用来控制`按下`键盘上的所有按键，比如 0-9，A-Z，以及一些特殊的功能键等。
注意，这边我写的是 按下 键盘上的按键，表示并没有松开，这样的好处是，可以控制键盘发送一些组合键。
区别在于前一个是用来控制普通按键的，后一个是用来控制媒体键（MediaKey）的。什么是媒体键呢？比如说控制音乐播放的上一首、下一首、暂停、控制音量的加减等，这些都是媒体键。
实际上我们在使用时不用去区分，程序会根据我们输入的按键，自动去调用相应的函数。
比如我们要按下键盘上的 A 键，只要调用 press(‘a’) 就可以了；如果我们要按下键盘上的 Ctrl 按键，只要调用 press(KEY_LEFT_CTRL) 就可以了。普通按键，类似 A-Z 或者 0-9，我们只要正常输入就可以了，但是 Ctrl 这类特殊按键在程序中的对应名称是什么呢？在这个库的头文件 `BleKeyboard.h`中都有定义，读者可以自行去查看，这里由于篇幅原因不再赘述。
## release() 函数
release() 正好与 press() 函数相反，是用来控制`松开`键盘上的按键的，在定义中也有两个：
size_t release(uint8_t k);
size_t release(const MediaKeyReport k);
这两个函数的区别不再赘述，press() 函数和 release() 一般组合起来使用，可以用在需用使用组合键的场合，比如需要使用 Ctrl + C 按键时，可以先按下两个按键，再松开这两个按键。
##releaseAll() 函数
从名字就可以看出，是 release() 函数的加强版，可以一次性松开所有按键。比如我们同时按下 Ctrl + Alt + Delete 按键，可以通过 releaseAll() 函数，一次性松开 3 个按键。
## write() 函数
write() 函数可以简单理解为 press() 函数和 release() 函数的相加，也就是先按下按键，再松开按键，这个过程自动完成，适合用在发送单独按键的场合。
size_t write(uint8_t c);
size_t write(const MediaKeyReport c);
size_t write(const uint8_t *buffer, size_t size);
## isConnected() 函数
这个函数用来判断 ESP32 模拟的蓝牙键盘，是否与电脑已经配对连接。
## print() 函数
除了以上这些函数之外，还有一个 print() 函数，这个函数是继承自 Arduino 自带的库 Print 类的。
这个函数有什么用呢？试想一下，如果我们要一次性发送好几个按键，比如电脑上输入“Hello World！”这句话的时候，难道要调用好几次 write() 函数来把这句话发送完成么？其实不是的，只要通过 print("Hello World!") 这一句话就够了。
OK，有了这些讲解，模拟键盘控制电脑就很简单了，我们来看一下蓝牙翻页笔的程序怎么写吧。
# 翻页笔程序 #
## 完整程序
这里先把完整程序放上来：
## 引入头文件
我们现在程序开头引入了几个头文件，控制 OLED 显示屏的 U8g2lib 和 Wire 库，模拟键盘的 BleKeyboard 库：
#include <U8g2lib.h>
#include <Wire.h>
#include <BleKeyboard.h>
然后定义了一个键盘对象 bleKeyboard。这里设置键盘的名称为 mPython，键盘厂商为 Espressif，键盘电量为 95%。实际上这些设置都是随意的，主要是键盘名称，只要方便记忆就好了。
BleKeyboard bleKeyboard("mPython", "Espressif", 95);
接着定义了一个 OLED 屏对象 u8g2，OLED 屏幕的功能主要是提示我们控制 PPT 时按了哪个按键。这里需要根据你使用的 OLED 屏幕类型和连接方式来定义，先不展开讲，后面有时间再专门讲一讲屏幕显示的问题。掌控版自带的 OLED 屏是通过 I2C 连接，只要通过下面的语句定义即可。
U8G2_SH1106_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, U8X8_PIN_NONE);
## setup() 初始化
然后在 setup() 初始化中，初始化串口 Serial 方便后面可以打印调试信息；初始化 OLED 屏并进行相应的设置；初始化蓝牙键盘。
void setup() {
Serial.begin(115200);
// OLED 初始化
u8g2.begin();
u8g2.enableUTF8Print();
u8g2.setFont(u8g2_font_wqy16_t_gb2312b);// 设置字体：宋体16号字
u8g2.setFontPosTop();// 设置字体的定位点为左上角
u8g2.clearDisplay();
// 蓝牙键盘初始化
Serial.println("Starting BLE Keyboard!");
bleKeyboard.begin();
}
## loop() 主程序
在 loop() 循环中，通过 bleKeyboard.isConnected() 来判断我们的键盘有没有与电脑连接上了，如果没有连接，写在这里面的程序是不会执行的，只有在电脑上我们与这个蓝牙键盘配对连接之后，里面的程序才会执行。
void loop() {
if (bleKeyboard.isConnected()) {
// codes here ...
}
}
下面的程序，用来读取掌控版上的按键 A 和 B，以及触摸按键 P、Y、T、H、O、N 的值，通过读取他们的值，去判断按键有没有被按下触发。
// button A and B
int buttonA = !digitalRead(0);
int buttonB = !digitalRead(2);
// touchpad P Y T H O N
int touchpadP = touchRead(27);
int touchpadY = touchRead(14);
int touchpadT = touchRead(12);
int touchpadH = touchRead(13);
int touchpadO = touchRead(15);
int touchpadN = touchRead(4);
掌控板上的按键 A 和 B 是数字信号，而且默认情况下高电平信号，按下按键，通过 digitalRead() 函数会读取到低电平。所以前面加了个非（！），方便后面判断。
掌控板或 ESP32 自带了几个触摸按键，所以系统也自带了检测触摸按键的函数 touchRead() ，触摸按键读取的值是一个模拟量。
至于这几个按键的引脚编号为什么是这些呢？也就是 digitalRead() 和 touchRead() 函数里面的数字，为什么是这些呢？我们来看一下掌控板的引脚定义图。
先来看一下上图中的“引脚定义正面”这张图，我们看到触摸引脚 P 对饮的编号是 P23。再来看一下芯片引脚定义，P23 对应的芯片引脚是 IO27。在 Arduino 程序中，我们实际上编写的是芯片引脚，所以读取触摸引脚 P 的值时，我们在 touchRead() 函数中的数字是 27。其他几个触摸引脚对应的芯片引脚 IO 口，读者可以自己对应查一下。
读者也可以查询掌控板的官方文档，获取掌控板引脚定义：
https://mpython.readthedocs.io/zh/master/board/hardware.html
如果使用的是其他 ESP32 开发板的话，也可以查询相应的官方产品资料，获取对应的引脚编号。
然后通过判断按键 A 和 B 的值，控制 PPT 开始播放与结束播放。控制 PPT 播放，我们只要按 F5 键即可以，所以调用的程序是 bleKeyboard.write(KEY_F5)；结束 PPT 播放，只要按 ESC 键即可以，所以调用的程序是 bleKeyboard.write(KEY_ESC)。注意，由于是程序控制键盘，所以加了 delay(500) 程序，以防止按键按得太快。
// Start PPT
if (buttonA) {
Serial.println("Button A pressed!");
Serial.println("Sending key: F5 (start PPT");
display("开始播放");
bleKeyboard.write(KEY_F5);
delay(500);
}
// Quit PPT
if (buttonB) {
Serial.println("Button B pressed!");
Serial.println("Sending key: ESC (quit PPT)");
display("结束播放");
bleKeyboard.write(KEY_ESC);
delay(500);
}
里面的 display() 函数后面再讲，是用来控制掌控板的 OLED 显示屏上显示相应的提示语的，比如“开始播放”、“结束播放”等。
同样道理，我们可以通过检测触摸按键 P 和 N 的值，来控制 PPT 播放上一页和下一页，这里分别用 bleKeyboard.write(KEY_LEFT_ARROW) 和 bleKeyboard.write(KEY_RIGHT_ARROW) 来控制。
// Previous page
if (touchpadP < 20 && touchpadP > 0) {
Serial.println("Touchpad P touched!");
Serial.println("Sending key: <-- (previous page)");
display("上一页");
bleKeyboard.write(KEY_LEFT_ARROW);
delay(500);
}
// Next page
if (touchpadN < 20 && touchpadN > 0) {
Serial.println("Touchpad N touched!");
Serial.println("Sending key: --> (next page)");
display("下一页");
bleKeyboard.write(KEY_RIGHT_ARROW);
delay(500);
}
至此，主程序也讲解完成了，逻辑是不是很简单，只要通过判断掌控板上哪个按键被按下了，模拟键盘触发相应的按键行为就好了。
## display() 函数
在程序中，我们还定义了另外一个函数 display(String tipsOnScreen)，它的功能是根据掌控板上的按键，用来控制 OLED 显示相应的内容的，直接看代码就行。
void display(String tipsOnScreen)
{
u8g2.firstPage();
do
{
u8g2.clearDisplay();
u8g2.setCursor(32, 24);
u8g2.print(tipsOnScreen);
} while (u8g2.nextPage());
}
至此，程序讲解完成，上传到掌控板即可。
# 连接蓝牙 #
上面我们通过编写程序已经将掌控板模拟成了蓝牙键盘，接下来只要与电脑进行配对，就可以愉快的使用啦。
这里我以 Windows 10 系统为例，其他系统类似。首先打开电脑的设置，找到添加蓝牙设备页面，点击最上面的“+”号，准备添加蓝牙设备。
选择“蓝牙”，开始搜寻电脑附近的蓝牙设备。
这个时候就会出现一个名称为“mPython”的蓝牙设备，“mPython”是我们在程序中给掌控板起的名字，这个边上有一个键盘的图标，说明掌控板已经被电脑识别为蓝牙键盘了，选择它与电脑进行配对连接即可。
连接成功后，我们就可以在蓝牙设置页面看到刚刚添加的蓝牙键盘“mPython”了，再看一看它的电量，95%，跟程序里设置的一模一样！
这个时候，你就可以在电脑中打开一个 PPT，试试看你的翻页笔好不好使了~
# 彩蛋 #
看到这里的朋友，为了感谢你，所以特意留了一个彩蛋。
相信好多朋友看到代码就头大，所以我给大家做了一个蓝牙键盘的图形库，大家只要打开 Mind+ 软件 v1.6.2 及以上的版本，在用户库中加入我的蓝牙键盘库，就可以开始蓝牙键盘编程之旅啦。
蓝牙键盘库直达网址：https://gitee.com/ironpanda/ext-BLEKeyboard
这上面有这个蓝牙键盘库的使用教程和简单案例。
将上述网址添加到 Mind+ 软件用户库中，如下图所示：
导入完成后，就可以在“用户库”分类中看到蓝牙键盘库相应的编程模块了。
本文对应的蓝牙键盘 Mind+ 图形程序如下：
是不是很简单？你会了么？学会了的话，就点个“在看”吧~
# 代码下载 #
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[*]回复“蓝牙翻页笔”获取完整代码，包含 Arduino C 语言代码和 Mind+ 图形代码；
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