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Android 蓝牙开发【二】BLE开发 （Android4.3）

程序员文章站 2024-03-24 23:09:58
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一、ble简单介绍

BLE:  Bluetooth Low Energy,即蓝牙低功耗，它是一种技术，从蓝牙4.0开始支持。蓝牙低功耗芯片有两种模式：单模和双模。

  • 单模：只能执行低功耗协议栈，也就是只支持ble。
  • 双模：支持传统蓝牙以及ble的使用。

较传统蓝牙：传输速度更快，覆盖范围更广，安全性更高，延迟更短，耗电低等优点。

关键术语和概念：

Gatt：(Generic Attribute Profile)—通用属性配置文件，用于在ble链路上发送和接收被称为“属性”的数据块。目前所有的ble应用都是基于GATT的。一个设备可以实现多个配置文件。

ble交互的桥梁是Service、Characteristic、Desciptor。

Characteristic：可以理解为一个数据类型，它包括一个value和0至多个对此characteristic的描述（Descriptor）。

Descriptor：对Characterisctic的描述，如范围、单位等。

Service：Characteristic的集合。它可以包含多个Characteristic。

一个ble终端可以包含多个Service，一个Service可以包含多个Characteristic，一个Characteristic包含一个value和多个Descriptor，一个Descriptor包含一个value。其中Characteristic比较重要，用的比较多。
这三部分都由UUID作为唯一标示符，以此区分。
UUID（Universally Unique Identifier），含义是通用唯一识别码，它是在一定范围内唯一的机器生成的标识符。标准的UUID格式为：xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx (8-4-4-4-12)。


ble中有四个角色：

广播者（Braodcaster）：广播发送者，是不可连接的设备。

观察者（Observer）：扫描广播，不能够启动连接。

广播者和观察者不能建立连接。应用：温度传感器和温度显示器。

外围（periphery）：广播发送者，可连接的设备，在单一链路层作为从机。

*（central）：扫描广播，启动连接，在单一或多链路层作为主机。

*和外围可以进行配对、连接、数据通信。应用：手机和手表。

一个*可以同时连接多个周边，但是一个周边只能连接一个*(但是我测试，周边可以连接多个*设备，并且能正常通信)。


二、Android 

注意：Android 4.3（API 18）引入ble相关接口。
相关类
目录：frameworks/base/core/java/android/bluetooth/
BluetoothGatt：*使用和处理数据；
BluetoothGattCallback：*的回调。

BluetoothGattServer：周边提供数据；

BluetoothGattServerCallback：周边的回调

BluetoothGattService：Gatt服务

BluetoothGattCharacteristic：Gatt特性

BluetoothGattDescriptor：Gatt描述

2.1 *设备

搜索ble设备    

    //搜索附近所有的外围设备  
    mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);  
    //搜索某些uuid的外围设备。  
    mBluetoothAdapter.startLeScan(uuid[] ,mLeScanCallback);  
    停止扫描  
    mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);

监听扫描结果。 

mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {  
public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {  
}  
};
device 搜索到的ble设备。
rssi 信号强度
scanRecord 远程设备广告记录的内容（蓝牙名称）

发起连接请求，获得*。

mBluetoothGatt = device.connectGatt(mContext, false,mGattCallback);

第二个参数：

如果为false，则直接立即连接。

如果为true，则等待远程设备可用时（在范围内，。。）连接。并不是断开后重新连接。
第三个参数：连接回调

private BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() {};

BluetoothGattCallback 类中提供了许多回调，包括：连接状态改变、characteristic的read、write、change，mtu change等。根据需要实现即可。

连接成功后，发送 gatt服务发现请求。mBluetoothGatt.discoverServices().
发现服务成功会失败都会回调onServicesDiscovered()函数。通过mBluetoothGatt.getServices()获取连接的ble设备所提供的服务列表，返回值类型为List<BluetoothGattService>。

//连接状态改变回调  
onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState){  
 if(newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED){  
    //连接成功后，发送发现服务请求。  
  mBluetoothGatt.discoverServices();  
 }  
}  
//发现服务回调。  
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {  
 if(status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS){  
  //发现成功后，则可以通过下面方法获取service 列表。  
  mBluetoothGatt.getServices();  
 }

获得Characteristic和Descriptor。

通过服务列表中的BluetoothGattService，可以获取到服务所包含的characteristic（getCharacteristics()返回值类型为List<BluetoothGattCharacteristic>）。

通过BluetoothGattCharacteristic可以获取特征所包含的descriptor（getDescriptors()返回值类型是List<BluetoothGattDescriptor>）。

BluetoothGattService、BluetoothGattCharacteristic和BluetoothGattDescriptor三个类中都提供了一个方法getUuid()，通过该方法可以获取其对应的uuid，从而可以判断是否是自己需要的service、characteristic或者descriptor。

通过获取的特征值，可以进行下操作：

写入特性值

读取特性值

订阅特性值。

写入特征值：

characteristic.setValue(data.getBytes());

mBluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic);

要想成功写入特征值：

  • 首先此characteristic属性满足BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITY或BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITY_NO_RESPONSE,如果其property都不包含这两个，写特征值writeCharacteristic()函数直接返回false，什么都不做处理（具体可以看BluetoothGatt源码）。
  • 其次此characteristic权限应满足BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_WRITE,否则onCharacteristicWrite()回调收到GATT_WRITE_NOT_PERMITTED回应。
写特征值前可以设置写的类型setWriteType()，写类型有三种，如下：
  • WRITE_TYPE_DEFAULT  默认类型，需要外围设备的确认，也就是需要外围设备的回应，这样才能继续发送写。
  • WRITE_TYPE_NO_RESPONSE 设置该类型不需要外围设备的回应，可以继续写数据。加快传输速率。
  • WRITE_TYPE_SIGNED  写特征携带认证签名，具体作用不太清楚。

外围设备收到*写特征值的请求，会回调 onCharacteristicWriteRequest

如果此次请求需要回应，则外围设备回应 mGattServer.sendResponse
*设备收到响应，回调onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,

BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) 

读取特征值：

mBluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic);

读特征值与写类似，也需要响应的权限和属性。

  • 该characteristic属性需包含PROPERTY_READ，否则直接返回false（具体可以看BluetoothGatt源码）。
  • 该characteristic权限应满足BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_READ，否则onCharacteristicRead()回调收到GATT_READ_NOT_PERMITTED回应。
外围设备接收到*设备的读特征值请求，则会回调 onCharacteristicReadRequest（）函数，

外围设备应该回应此请求 sendResponse。

*设备收到响应回调

onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status)

订阅：

//第二个参数：true则订阅该特征，false则取消订阅。

mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);

当指定Characteristic值发生变化时，是否接收通知。

当设为true，如果Characteristic发生变化时，会回调方法：
onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,   BluetoothGattCharacteristic characteristic)

通过参数characteristic，可获得getValue获得其中的内容。

注意：虽然订阅了该特征，并且该特征属性也满足PROPERTY_NOTIFY，但是并没有收到特征值改变的回调。这是为什么呢？查看sdk中的demo，发现需要写一下Descriptor。这样就可以正常监听特征值的改变了。

    //CLIENT_CHARACTERISTIC_CONFIG = "00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb"  
    BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(  
            UUID.fromString(SampleGattAttributes.CLIENT_CHARACTERISTIC_CONFIG));  
    descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);  
    mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);

*设备的其他一些方法

readDescriptor(descriptor)  读取描述

writeDescriptor(descriptor)  写描述

readRemoteRssi()            读取连接设备的rssi。

disconnect();       断开bel连接。

close();                 关闭*设备。（不用时及时关闭，否则有的手机重连连不上。）

2.2 外围设备

获取/打开周边（外围）

    mGattServer = mBluetoothManager.openGattServer(mContext, callback);  
    //其中callback是一个MyGattServerCallback（继承了BluetoothGattServerCallback）对象。
初始化描述、特性和服务。 

//描述:   
new BluetoothGattDescriptor(UUID.fromString(DESC_UUID), descPermissions);  
//特性 :  
final int properties = BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_READ  
| BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE    
| BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY;   
final int permissions = BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_READ;  
| BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_WRITE;  
new BluetoothGattCharacteristic(UUID.fromString(CHAR_UUID), properties, permissions);  
gattChar.addDescriptor(gattDesc);

property 表示属性。permission 表示权限。这两个都和权限相关。

如果property未设置PROPERTY_READ，permission设置PERMISSION_READ，则*设备readCharacteristic主动读取特征值方法返回false，此操作失败。

而如果property设置PROPERTY_READ，permission未设置PERMISSION_READ，则*设备readCharacteristic主动读取特征值方法返回true，此操作成功，外围设备发送响应，*设备收到响应 GATT_READ_NOT_PERMITTED。

所以说如果想要characteristic可读，则这两个都要设置。

PROPERTY_WRITE和PERMISSION_WRITE也和上面类似。

PROPERTY_NOTIFY 表示支持notification。 

//服务：  
BluetoothGattService bs = new BluetoothGattService( UUID.fromString(SERV_UUID),  
BluetoothGattService.SERVICE_TYPE_PRIMARY);  
bs.addCharacteristic(gattChar);

第二个参数为service type,

SERVICE_TYPE_PRIMARY   基础服务、主要服务。

SERVICE_TYPE_SECONDARY  辅助服务（由初级服务包含在内）。

BluetoothGattService 类中方法

addService(bluetoothGattService)，将辅助服务添加到主要服务中。

getIncludeedServices() 获取包含的服务列表。

getType() 获取服务的type。

getUuid() 获取服务的UUID。

添加服务

mGattServer.addService(bs);

设置广播数据

开始广播

这在android4.3没有提供，在android5.0才提供了设置广播数据，发送广告包等方法。我们开发是基于android4.3的，按理说我们是不可以作为外围设备的，不过我们framework以及底层都进行了修改，提供了这些方法，说以我们的android4.3设备可以作为外围。

mGattServer.startAdvertising();//开始广播
mGattServer.stopAdvertising();//停止广播

收到central扫描请求，回应扫描请求。

这个不需要我们管理，此时会广播之前的设置的广播数据。

收到central连接请求，建立连接。

连接成功后 外围可以断开连接。

mGattServer.cancelConnection(device);

响应central发起的gatt服务发现请求，回应服务信息。

响应central发起的gatt特性发现请求，回应特性信息。

响应central发起的gatt描述发现请求，回应描述信息。

这三个不需要我们去操作，系统底层会处理。

对central的读写做响应。
回应特性值
更新特性值。

回应特征值：

MyGattServerCallback extends BluetoothGattServerCallback.
其中有几个常用的方法：
onConnectionStateChange(BluetoothDevice device, int status,  int newState)

监听设备连接状态。device远程设备，newStateble连接状态，只能为BluetoothProfile.STATE_CONNECTED和BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED。


onCharacteristicReadRequest(BluetoothDevice device,  int requestId, int offset,
BluetoothGattCharacteristic characteristic)
监听中心设备读Characteristic的请求，
requestId 请求的标识。
offset 特性值偏移量。
Characteristic  要读的特性。
此方法要求作出响应。
mGattServer.sendResponse(device, requestId,

BluetoothGatt.GATT_SUCCESS, offset, null);

最后一个参数可以设置传的数据，byte［］类型的。


onCharacteristicWriteRequest(BluetoothDevice device,  int requestId, BluetoothGattCharacteristic characteristic,

boolean preparedWrite, boolean responseNeeded, int offset, byte[] value)

监听中心设备写Characteristic的请求，

preparedWrite true则写操作必须排队等待稍后执行。
responseNeeded 是否需要响应。

value 写的数据。

需要响应则必须sendResponse.


更新特征值：

外围设备向中心设备不能发送数据，必须通过notify 或者indicate的方式，andorid只发现notify接口。

characteristic.setValue(res.getBytes());

mGattServer.notifyCharacteristicChanged(device,

                                        characteristic, false);

最后一个参数表示是否需要客户端确认。






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