Android开发总结之低功耗蓝牙开发

程序员文章站 2024-03-25 00:01:41

...

前言

因笔者工作需要，开发一款蓝牙秤的数据读取软件。有些心得，便在此记录。俗话说：好记性不如烂笔头。笔者也是为了备忘。写下本篇博客。帮助有需要的同学~

本篇文章来源于开发者指导翻译，开发者指导示例代码。以及自己的一些心得。帮助不会蓝牙低功耗的同学快速入门。

本篇博客有大多数都是官网直译，小部分为自己心得。如有翻译出错地方，及文章错误。望众大神在评论区指出。笔者定勤加修改

低功耗蓝牙概述

Android 4.3（API级别18）引入了内置平台支持蓝牙低功耗（BLE）的核心角色，并提供应用程序可用于发现设备，查询服务和传输信息的API。

常见用例包括以下内容：

在附近设备之间传输少量数据。
与Google Beacons等接近传感器进行交互，根据用户的当前位置为用户提供定制体验。

与传统蓝牙相比，蓝牙低功耗（BLE）旨在提供显着降低的功耗。这允许Android应用程序与具有更严格电源要求的BLE设备通信，例如接近传感器，心率监视器和健身设备。

关键术语和概念

以下是关键BLE术语和概念的摘要：

Generic Attribute Profile (GATT) ——GATT配置文件是用于在BLE链路上发送和接收称为“属性”的短数据的通用规范。目前所有低能耗应用配置文件均基于GATT。
Bluetooth SIG为低能耗设备定义了许多配置文件。配置文件是设备在特定应用程序中的工作方式的规范。请注意，设备可以实现多个配置文件。例如，设备可以包含心率监测器和电池水平检测器。
Attribute Protocol (ATT) ——GATT建立在属性协议（ATT）之上。这也称为GATT / ATT。 ATT经过优化，可在BLE设备上运行。为此，它使用尽可能少的字节。每个属性由通用唯一标识符（UUID）唯一标识，UUID是用于唯一标识信息的字符串ID的标准化128位格式。 ATT传输的属性被格式化为特征和服务。
Characteristic——特征包含单个值和描述特征值的0-n描述符。特征可以被认为是类型，类似于类。
Descriptor——描述符是定义描述特征值的属性。例如，描述符可以指定人类可读的描述，特征值的可接受范围，或特征值特定的度量单位。
Service——服务是一系列特征。例如，您可以使用名为“心率监测器”的服务，其中包括“心率测量”等特征。您可以在bluetooth.org上找到基于GATT的现有配置文件和服务的列表。

角色和责任

以下是Android设备与BLE设备交互时应用的角色和职责：

*与外围(Central vs. peripheral)。这适用于BLE连接本身。中心角色的设备扫描，寻找广告，外围角色的设备制作广告。
GATT服务器与GATT客户端。这确定了两个设备建立连接后如何相互通信。

低功耗蓝牙权限

要在您的应用程序中使用蓝牙功能，您必须声明蓝牙权限BLUETOOTH。您需要此权限才能执行任何蓝牙通信，例如请求连接，接受连接和传输数据。

如果您希望应用程序启动设备发现或操作蓝牙设置，则还必须声明BLUETOOTH_ADMIN权限。注意：如果使用BLUETOOTH_ADMIN权限，则还必须具有BLUETOOTH权限。

在应用程序清单文件中声明蓝牙权限。例如：

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
<!--如果需要搜索蓝牙设备,需要加上定位权限-->
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION"/>

如果您要声明您的应用仅适用于支持BLE的设备，请在应用清单中包含以下内容：

<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>

但是，如果您希望将应用程序提供给不支持BLE的设备，您仍应将此元素包含在应用程序的清单中，但必须设置required =“false”。然后在运行时，您可以使用PackageManager.hasSystemFeature（）确定BLE可用性：

// 使用此检查确定设备是否支持BLE。 然后，您可以有选择地禁用与BLE相关的功能。
if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
    Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();
    finish();
}

注意：LE Beacons通常与位置相关联。要使用BluetoothLeScanner，您必须通过在应用程序的清单文件中声明ACCESS_COARSE_LOCATION或ACCESS_FINE_LOCATION权限来请求用户的权限。没有这些权限，扫描将不会返回任何结果。

设置低功耗蓝牙

在您的应用程序可以通过BLE进行通信之前，您需要验证设备是否支持BLE，如果是，请确保它已启用。请注意，仅当<uses-feature … />设置为false时才需要进行此检查。

如果不支持BLE，则应优雅地禁用任何BLE功能。如果BLE受支持但已禁用，则您可以请求用户启用蓝牙而无需离开您的应用程序。使用BluetoothAdapter，可以分两步完成此设置。

获取BluetoothAdapter
任何和所有蓝牙活动都需要BluetoothAdapter。 BluetoothAdapter代表设备自己的蓝牙适配器（蓝牙无线电）。整个系统都有一个蓝牙适配器，您的应用程序可以使用此对象与其进行交互。下面的代码段显示了如何获取适配器。请注意，此方法使用getSystemService（）返回BluetoothManager的实例，然后使用该实例获取适配器。 Android 4.3（API Level 18）介绍了BluetoothManager：

private BluetoothAdapter bluetoothAdapter;

final BluetoothManager bluetoothManager =
        (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
bluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

启用蓝牙
接下来，您需要确保启用蓝牙。调用isEnabled（）检查当前是否启用了蓝牙。如果此方法返回false，则禁用蓝牙。以下代码段会检查是否已启用蓝牙。如果不是，则代码段会显示错误提示用户转到“设置”以启用蓝牙：

// 确保设备上可以使用蓝牙并启用蓝牙。 如果没有，则显示一个对话框，请求用户启用蓝牙权限。
if (bluetoothAdapter == null || !bluetoothAdapter.isEnabled()) {
    Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}

注意：传递给startActivityForResult（android.content.Intent，int）的REQUEST_ENABLE_BT常量是一个本地定义的整数（必须大于0），系统会在你的onActivityResult（int，int，android.content）中传回给你。 Intent）实现为requestCode参数。

找到低功耗设备

要查找BLE设备，请使用BluetoothLeScanner.startScan(ScanCallback)方法。此方法将ScanCallback作为参数。您必须实现此回调，因为这是返回扫描结果的方式。由于扫描是非常浪费资源的，因此您应遵守以下准则：

找到所需设备后，请立即停止扫描。
切勿循环扫描，并设置扫描时间限制。之前可用的设备可能已超出范围，继续扫描会消耗资源。

以下代码段显示了如何启动和停止扫描：

/**
 * 停止蓝牙扫描
 */
@RequiresPermission(Manifest.permission.BLUETOOTH_ADMIN)
public void stopScanLeDevice(ScanCallback scanCallback) {
    if (isEnable && mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
        BluetoothLeScanner bluetoothLeScanner = mBluetoothAdapter.getBluetoothLeScanner();
        bluetoothLeScanner.stopScan(scanCallback);
    }
}

/**
 * 开始蓝牙扫描
 */
@RequiresPermission(Manifest.permission.BLUETOOTH_ADMIN)
public void scanLeDevice(ScanCallback scanCallback) {
    if (isEnable && mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
        BluetoothLeScanner bluetoothLeScanner = mBluetoothAdapter.getBluetoothLeScanner();
        bluetoothLeScanner.startScan(scanCallback);
    }
}

以下是ScanCallback的实现，它是用于提供BLE扫描结果的接口：

    private ScanCallback mScanCallback = new ScanCallback() {
        @Override
        public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) {
            super.onScanResult(callbackType, result);
            result.getDevice();//蓝牙设备
        }

        @Override
        public void onBatchScanResults(List<ScanResult> results) {
            super.onBatchScanResults(results);
            L.e("批次扫描结果-onBatchScanResults");
        }

        @Override
        public void onScanFailed(int errorCode) {
            super.onScanFailed(errorCode);
            L.e("扫描失败：onScanFailed-errorCode:" + errorCode);
        }
    };

连接到GATT 服务

与BLE设备交互的第一步是连接到它 - 更具体地说，连接到设备上的GATT服务器。要连接到BLE设备上的GATT服务器，请使用connectGatt（）方法。此方法有三个参数：一个Context对象，autoConnect（指示是否在可用时自动连接到BLE设备），以及对BluetoothGattCallback的引用：

mBluetoothGatt = device.connectGatt(mContext, true, mBluetoothGattCallback);

这将连接到BLE设备托管的GATT服务器，并返回一个BluetoothGatt实例，然后您可以使用该实例执行GATT客户端操作。呼叫者（Android应用）是GATT客户端。 BluetoothGattCallback用于向客户端提供结果，例如连接状态，以及任何进一步的GATT客户端操作。

Gatt服务器状态改变会调用监听器中的回调函数：

private final BluetoothGattCallback mBluetoothGattCallback = new BluetoothGattCallback() {
    @Override
    public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
        L.e("===========\t连接状态改变\t===========");
        if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTING) {
            L.e("-----------\t连接中....\t-----------");
        } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
            L.e("连接到GATT服务器\n启动搜索GATT服务器存在的服务:" +
                    (mBluetoothGatt.discoverServices() ? "启动成功" : "启动失败"));
                    //调用discoverServices函数会触发onServicesDiscovered函数
            //停止扫描
            mBluetoothController.stopScanLeDevice(mScanCallback);
        } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED || newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTING) {
            L.e("与GATT服务器断开连接.");
        }
    }

    @Override
    public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
        //发现了新服务
        if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
            displayGattServices(gatt);
        } else {
            L.e("onServicesDiscovered received: " + status);
        }
    }
    @Override
    // 特征读取操作的结果
    public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,  BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
        if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
        }
    }

    /**
     * 特征值改变
     */
    @Override
    public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
        super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);        
        byte[] data = characteristic.getValue();
    }
};

读取 BLE 属性

一旦您的Android应用程序连接到GATT服务器并发现了服务，它就可以在支持的位置读取和写入属性。

private void displayGattServices(BluetoothGatt gatt) {
    List<BluetoothGattService> gattServices = gatt.getServices();
    if (gattServices == null) return;

    for (BluetoothGattService gattService : gattServices) {

        for (BluetoothGattCharacteristic bluetoothGattCharacteristic : gattService.getCharacteristics()) {
        
        }
    }
}

收到GATT通知

BLE应用程序通常会要求在设备上的特定特征发生变化时收到通知。此代码段显示如何使用setCharacteristicNotification（）方法设置特征的通知：

mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(bluetoothGattCharacteristic, true);
BluetoothGattDescriptor descriptor = bluetoothGattCharacteristic.getDescriptor(
        bluetoothGattCharacteristic.getUuid());
if (descriptor != null) {
    descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);

    mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);
}

为特性启用通知后，如果远程设备上的特性发生更改，则会触发onCharacteristicChanged（）回调：

@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
    super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);
    byte[] data = characteristic.getValue();
}

释放资源

当应用程序使用完蓝牙设备应该将其关闭，以节约资源、电量。

@Override
protected void onDestroy() {
    if (mBluetoothGatt != null) {
        mBluetoothGatt.close();
        mBluetoothGatt = null;
    }
    super.onDestroy();
}

本篇博客的完整代码已经上传至GitHub：BlueToothLeClientDemo

Android开发总结之低功耗蓝牙开发

前言

低功耗蓝牙概述

关键术语和概念

角色和责任

低功耗蓝牙权限

设置低功耗蓝牙

找到低功耗设备

连接到GATT 服务

读取 BLE 属性

收到GATT通知

释放资源

Android蓝牙开发BLE-蓝牙连接

Android开发总结之低功耗蓝牙开发

Android BLE蓝牙4.0开发详解

开发低功耗蓝牙4.0血压计连接与收发数据

2020年 Android BLE 蓝牙开发入门到精通

Android蓝牙开发

[转载]蓝牙4.0——Android BLE开发官方文档翻译

android蓝牙4.0(BLE)开发之ibeacon初步

Android BLE蓝牙4.0开发详解

蓝牙4.0——Android BLE开发官方文档翻译