安卓BLE藍牙開發(fā)詳解

前言

BLE藍牙的興起主要因為近年來可穿戴設(shè)備的流行。由于傳統(tǒng)藍牙功耗高不能滿足可穿戴設(shè)備對于續(xù)航的要求。所以大部分可穿戴設(shè)備采用藍牙4.0，即BLE藍牙技術(shù)。BLE(Bluetooth Low Energy)低功耗藍牙，主要特點是快速搜索，快速連接，超低功耗保持連接和數(shù)據(jù)傳輸。
缺點：BLE藍牙數(shù)據(jù)傳輸速率低，特別是在安卓開發(fā)過程，BLE藍牙一包數(shù)據(jù)最多為20字節(jié)，因此安卓系統(tǒng)下最好不要使用BLE藍牙傳輸大量數(shù)據(jù)。

藍牙開發(fā)的主要流程

（一）申請權(quán)限

安卓手機涉及藍牙權(quán)限問題，藍牙開發(fā)需要在AndroidManifest.xml文件中添加權(quán)限聲明：

<!-- 藍牙權(quán)限 -->
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" />

為適配安卓6.0以及以上版本需要添加一個模糊定位的權(quán)限

 <uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION" />

手機權(quán)限管理中允許此權(quán)限，否則會出現(xiàn)無法搜索到設(shè)備的情況。

（二）打開藍牙

在搜索設(shè)備之前需要詢問打開手機藍牙，其關(guān)鍵代碼如下：

    //獲取系統(tǒng)藍牙適配器管理類
    private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = BluetoothAdapter
            .getDefaultAdapter();

    // 詢問打開藍牙
    if (mBluetoothAdapter != null && !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
            Intent enableBtIntent = new Intent(
                    BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
            startActivityForResult(enableBtIntent, 1);
    }
      // 申請打開藍牙請求的回調(diào)
    @Override
    protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {
        // TODO Auto-generated method stub
        super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data);
        if (requestCode == 1) {
            if (resultCode == RESULT_OK) {
                Toast.makeText(this, "藍牙已經(jīng)開啟", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            } else if (resultCode == RESULT_CANCELED) {
                Toast.makeText(this, "沒有藍牙權(quán)限", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                finish();
            }
        }
    }

（三）搜索設(shè)備

本文主要針對BLE藍牙開發(fā)，因此采用mBluetoothAdapter.startLeScan(LeScanCallback callback)方式掃描BLE藍牙設(shè)備。調(diào)用方法如下：

mBluetoothAdapter.startLeScan(callback);
private LeScanCallback callback = new LeScanCallback() {

    @Override
    public void onLeScan(BluetoothDevice device, int arg1, byte[] arg2) {

        //device為掃描到的BLE設(shè)備
        if(device.getName() == "目標設(shè)備名稱"){
            //獲取目標設(shè)備
            targetDevice = device;
        }
    }
};

（四）連接設(shè)備

通過掃描BLE設(shè)備，根據(jù)設(shè)備名稱區(qū)分出目標設(shè)備targetDevice，下一步實現(xiàn)與目標設(shè)備的連接。在連接設(shè)備之前要停止搜索藍牙。

mBluetoothAdapter.stopLeScan(callback);

注 ：停止搜索一般需要一定的時間來完成，最好調(diào)用停止搜索函數(shù)之后加以100ms的延時，保證系統(tǒng)能夠完全停止搜索藍牙設(shè)備。停止搜索之后啟動連接過程。

BLE藍牙的連接方法相對簡單只需調(diào)用connectGatt方法，函數(shù)原型如下：

public BluetoothGatt connectGatt (Context context, boolean autoConnect, BluetoothGattCallback callback)；

參數(shù)說明
返回值 BluetoothGatt: BLE藍牙連接管理類，主要負責(zé)與設(shè)備進行通信。后續(xù)會進一步介紹該類。
boolean autoConnect：建議置為false，能夠提升連接速度。
BluetoothGattCallback callback 連接回調(diào)，重要參數(shù)，BLE通信的核心部分。

（五）設(shè)備通信

與設(shè)備建立連接之后與設(shè)備通信，整個通信過程都是在BluetoothGattCallback的異步回調(diào)函數(shù)中完成。
BluetoothGattCallback中主要回調(diào)函數(shù)如下：

private BluetoothGattCallback gattCallback = new BluetoothGattCallback() {
    
        @Override
        public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
                int newState) {
        }
        @Override
        public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
            
            super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);

        }

        @Override
        public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {
        
            
        };

        @Override
        public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {


        }

        @Override
        public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
            

        }
    };

上述幾個回調(diào)函數(shù)是BLE開發(fā)中不可缺少的，每個函數(shù)的意義以及被調(diào)用的時機會在后續(xù)步驟中一一說明。

（1）等待設(shè)備連接成功

當(dāng)調(diào)用targetdDevice.connectGatt(context, false, gattCallback)后系統(tǒng)會主動發(fā)起與BLE藍牙設(shè)備的連接，若成功連接到設(shè)備將回調(diào)onConnectionStateChange方法，其處理過程如下：

@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
                int newState) {
            if (newState == BluetoothGatt.STATE_CONNECTED) {
                Log.e(TAG, "設(shè)備連接上 開始掃描服務(wù)");
                // 開始掃描服務(wù)，安卓藍牙開發(fā)重要步驟之一
                mBluetoothGatt.discoverServices();
            }
            if (newState == BluetoothGatt.STATE_DISCONNECTED) {

                // 連接斷開
                /*連接斷開后的相應(yīng)處理*/      
            }
};

判斷newState == BluetoothGatt.STATE_CONNECTED表明此時已經(jīng)成功連接到設(shè)備。

（2）開啟掃描服務(wù)
mBluetoothGatt.discoverServices();

掃描BLE設(shè)備服務(wù)是安卓系統(tǒng)中關(guān)于BLE藍牙開發(fā)的重要一步，一般在設(shè)備連接成功后調(diào)用，掃描到設(shè)備服務(wù)后回調(diào)onServicesDiscovered()函數(shù)，函數(shù)原型如下：。

@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {

    private List<BluetoothGattService> servicesList;
    //獲取服務(wù)列表
    servicesList = mBluetoothGatt.getServices();

}

BLE藍牙協(xié)議下數(shù)據(jù)的通信方式采用BluetoothGattService、BluetoothGattCharacteristic和BluetoothGattDescriptor三個主要的類實現(xiàn)通信。
BluetoothGattService 簡稱服務(wù)，是構(gòu)成BLE設(shè)備協(xié)議棧的組成單位，一個藍牙設(shè)備協(xié)議棧一般由一個或者多個BluetoothGattService組成。
BluetoothGattCharacteristic 簡稱特征，一個服務(wù)包含一個或者多個特征，特征作為數(shù)據(jù)的基本單元。
一個BluetoothGattCharacteristic特征包含一個數(shù)據(jù)值和附加的關(guān)于特征的描述BluetoothGattDescriptor。
BluetoothGattDescriptor：用于描述特征的類，其同樣包含一個value值。

（3）獲取負責(zé)通信的BluetoothGattCharacteristic

BLE藍牙開發(fā)主要有負責(zé)通信的BluetoothGattService完成的。當(dāng)且稱為通信服務(wù)。通信服務(wù)通過硬件工程師提供的UUID獲取。獲取方式如下：

BluetoothGattService service = mBluetoothGatt.getService(UUID.fromString("藍牙模塊提供的負責(zé)通信UUID字符串"));

通信服務(wù)中包含負責(zé)讀寫的BluetoothGattCharacteristic，且分別稱為notifyCharacteristic和writeCharacteristic。其中notifyCharacteristic負責(zé)開啟監(jiān)聽，也就是啟動收數(shù)據(jù)的通道，writeCharacteristic負責(zé)寫入數(shù)據(jù)。
具體操作方式如下：

  BluetoothGattService service = mBluetoothGatt.getService(UUID.fromString("藍牙模塊提供的負責(zé)通信服務(wù)UUID字符串"));
   // 例如形式如：49535343-fe7d-4ae5-8fa9-9fafd205e455
  notifyCharacteristic = service.getCharacteristic(UUID.fromString("notify uuid"));
  writeCharacteristic =  service.getCharacteristic(UUID.fromString("write uuid"));
（4）開啟監(jiān)聽

開啟監(jiān)聽，即建立與設(shè)備的通信的首發(fā)數(shù)據(jù)通道，BLE開發(fā)中只有當(dāng)上位機成功開啟監(jiān)聽后才能與下位機收發(fā)數(shù)據(jù)。開啟監(jiān)聽的方式如下：

mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(notifyCharacteristic, true)
BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic
                            .getDescriptor(UUID
                                    .fromString
("00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb"));
descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);

若開啟監(jiān)聽成功則會回調(diào)BluetoothGattCallback中的onDescriptorWrite()方法，處理方式如下:

@Override
public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {
        if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                
            //開啟監(jiān)聽成功，可以像設(shè)備寫入命令了
            Log.e(TAG, "開啟監(jiān)聽成功");
        }
            
};
（5）寫入數(shù)據(jù)

監(jiān)聽成功后通過向 writeCharacteristic寫入數(shù)據(jù)實現(xiàn)與下位機的通信。寫入方式如下：

//value為上位機向下位機發(fā)送的指令
writeCharacteristic.setValue(value);
mBluetoothGatt.writeCharacteristic(writeCharacteristic)

其中：value一般為Hex格式指令，其內(nèi)容由設(shè)備通信的藍牙通信協(xié)議規(guī)定。

（6）接收數(shù)據(jù)

若寫入指令成功則回調(diào)BluetoothGattCallback中的onCharacteristicWrite()方法，說明將數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送給下位機。

@Override
public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,
            BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
            
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                Log.e(TAG, "發(fā)送成功");
            }   
            super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);
}

若發(fā)送的數(shù)據(jù)符合通信協(xié)議，則下位機會向上位機回復(fù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)。發(fā)送的數(shù)據(jù)通過回調(diào)onCharacteristicChanged()方法獲取，其處理方式如下：

@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattCharacteristic characteristic) {

            // value為設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)議進行解析
            byte[] value = characteristic.getValue();

}

通過向下位機發(fā)送指令獲取下位機的回復(fù)數(shù)據(jù)，即可完成與設(shè)備的通信過程。

（六）斷開連接

當(dāng)與設(shè)備完成通信之后之后一定要斷開與設(shè)備的連接。調(diào)用以下方法斷開與設(shè)備的連接：

mBluetoothGatt.disconnect();
mBluetoothGatt.close();

通過以上六個主要步驟即可實現(xiàn)與設(shè)備的通信流程，BLE藍牙開發(fā)流程相對固定，只需按照固定步驟執(zhí)行即可。若按照上述流程扔不能完成整個通信過程，可以查看另外一篇文章安卓藍牙開發(fā)填坑之路，看看是不是踩到坑了。
筆者能力有限，謝謝大家的支持。。。

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