Android BLE藍牙詳細解讀

時間 2019-11-05

原文原文鏈接

代碼地址以下：
http://www.demodashi.com/demo/15062.htmlhtml

隨着物聯網時代的到來，愈來愈多的智能硬件設備開始流行起來，好比智能手環、心率檢測儀、以及各式各樣的智能傢俱和玩具類產品。安卓4.3(API 18)爲BLE的核心功能提供平臺支持和API，App能夠利用它來發現設備、查詢服務和讀寫特性。相比傳統的藍牙，BLE更顯著的特色是低功耗。本文主要講解Android低功耗藍牙的api使用以及藍牙掃描、鏈接、發送數據、接收數據等一系列操做，並主要介紹本人封裝的BleLib藍牙庫，很是適合藍牙初學者使用，只須要一行代碼注入就OK了，並且用法也極其簡單，下面會專門講解BleLib庫的使用。android

在BLE協議中，有兩個角色，周邊（Periphery）和中央（Central）；周邊是數據提供者，中央是數據使用/處理者，一箇中央能夠同時鏈接多個周邊，可是一個周邊某一時刻只能鏈接一箇中央。
首先使用藍牙就不得不說BluetoothGatt和BluetoothGattCallback這兩個類，該類繼承自BluetoothProfile，BluetoothGatt做爲中央來使用和處理數據，經過BluetoothGatt能夠鏈接設備（connect）,發現服務（discoverServices），並把相應地屬性返回到BluetoothGattCallback，BluetoothGattCallback返回中央的狀態和周邊提供的數據。服務器

1. 藍牙開發流程：

咱們藍牙操做的主要目的就是爲了拿到中央BluetoothGatt這個對象，進而進行接下來的全部一系列操做，以下：app

1.先拿到BluetoothManager bluetoothManager 
        = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);

2.再拿到BluetoothAdapt btAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

3.開始掃描：btAdapter.startLeScan( BluetoothAdapter.LeScanCallback);

4.從LeScanCallback中獲得BluetoothDevice 
public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {…..}

5.用BluetoothDevice獲得BluetoothGatt：gatt = device.connectGatt(this, true, gattCallback);

這時總算拿到中央BluetoothGatt了，它有不少的方法，調用這些方法，你就能夠經過BluetoothGattCallback和周邊BluetoothGattServer交互了。ide

2. 主要類的大體理解：

BluetoothProfile：一個通用的規範，按照這個規範來收發數據。post

BluetoothManager：經過BluetoothManager來獲取BluetoothAdapter大數據

如：BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);

BluetoothAdapter：一個Android系統只有一個BluetoothAdapter ，經過BluetoothManager 獲取ui
```
BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
```
BluetoothGattDescriptor：能夠當作是描述符，對Characteristic的描述，包括範圍、計量單位等。this
BluetoothGattService：服務，Characteristic的集合。

BluetoothGattCallback：已經鏈接上設備，對設備的某些操做後返回的結果。這裏必須提醒下，已經鏈接上設備後的才能夠返回，沒有返回的認真看看有沒有鏈接上設備。

private BluetoothGattCallback GattCallback = new BluetoothGattCallback() {

  // 這裏有9個要實現的方法，看狀況要實現那些，用到那些就實現那些

  public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState){};

  public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, 
                      BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status){

                      };            

          };
 BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);

 BluetoothGatt gatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);

3. 上面所說的9個要實現的方法，所對應藍牙交互的主要對應關係：

(1) notification對應onCharacteristicChanged;

gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);

該方法通常是在發現服務後，進行設置的，設置該方法的目的是讓硬件在數據改變的時候，發送數據給app，app則經過onCharacteristicChanged方法回調給用戶，從參數中可獲取到回調回來的數據。

(2) readCharacteristic對應onCharacteristicRead;

gatt.readCharacteristic(characteristic);

(3) writeCharacteristic對應onCharacteristicWrite;

gatt.wirteCharacteristic(mCurrentcharacteristic);

(4) 鏈接藍牙或者斷開藍牙對應 onConnectionStateChange;

bluetoothDevice.connectGatt(this, false, mGattCallback);
或
gatt.disconnect();(斷開鏈接後務必記得gatt.close();)

(5) readDescriptor對應onDescriptorRead;

gatt.readDescriptor(descriptor);

(6) writeDescriptor對應onDescriptorWrite;

gatt.writeDescriptor(descriptor);

(7) readRemoteRssi對應onReadRemoteRssi;

gatt.readRemoteRssi();

(8) executeReliableWrite對應onReliableWriteCompleted;

gatt.executeReliableWrite();

(9) discoverServices對應onServicesDiscovered

gatt.discoverServices();

開啓藍牙所具有的權限：

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>

若是 android.hardware.bluetooth_le設置爲false,能夠安裝在不支持的設備上使用，判斷是否支持藍牙4.0用如下代碼就能夠了，如：

if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
          Toast.makeText(this, 「設備不支持藍牙4.0」, Toast.LENGTH_SHORT).show();
          finish();
    }

對藍牙的啓動關閉操做：

一、利用系統默認開啓藍牙對話框

if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
    Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
  }

二、後臺打開藍牙，不作任何提示，這個也能夠用來自定義打開藍牙對話框啦

mBluetoothAdapter.enable();

三、後臺關閉藍牙

mBluetoothAdapter.disable();

2、BleLib庫的優勢

最簡潔的植入（近乎一行代碼）

private void initBle() {
mBle = Ble.options()
.setLogBleExceptions(true)//設置是否輸出打印藍牙日誌（非正式打包請設置爲true，以便於調試）
.setThrowBleException(true)//設置是否拋出藍牙異常
.setAutoConnect(true)//設置是否自動鏈接
.setConnectFailedRetryCount(3)
.setConnectTimeout(10 * 1000)//設置鏈接超時時長（默認101000 ms）
.setScanPeriod(12 1000)//設置掃描時長（默認10*1000 ms）
.setUuid_service(UUID.fromString("0000fee9-0000-1000-8000-00805f9b34fb"))//主服務的uuid
.setUuid_write_cha(UUID.fromString("d44bc439-abfd-45a2-b575-925416129600"))//可寫特徵的uuid
.create(getApplicationContext());
}
最大程度簡化了代碼量

有對比才有傷害，那就來看下原生api調用藍牙流程和該庫之間的對比：

例如掃描設備

原生API寫法：

private void scanLeDevice(final boolean enable) {  
        if (enable) {  
        // 通過預約掃描期後中止掃描  
        mHandler.postDelayed(new Runnable() {  
            @Override  
            public void run() {  
                mScanning = false;  
                mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  
            }  
        }, SCAN_PERIOD);  
            mScanning = true;  
            mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);  
        } else {  
        mScanning = false;  
        mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  
        }  
        ...  
    }  
       
而後在mLeScanCallback的回調中拿到掃描結果：

    // Device scan callback.  
    private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =  
        new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {  
    @Override  
    public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,  
            byte[] scanRecord) {  
        runOnUiThread(new Runnable() {  
           @Override  
           public void run() {  
               ...
           }  
       });  
    }

BleLib中掃描的寫法：

mBle.startScan(scanCallback);
回調結果：
BleScanCallback<BleDevice> scanCallback = new BleScanCallback<BleDevice>() {
        @Override
        public void onLeScan(final BleDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
                ...
            }
        }
    };

提供了獨一無二的OTA升級接口（即藍牙硬件進行更新升級的接口）

這絕對是其餘藍牙庫所沒有的，具體API請看下面的庫使用步驟

3、如何使用該庫

1. 初始化藍牙（動態受權藍牙操做權限、打開藍牙、判斷設備是否支持藍牙等操做請看DEMO）

private void initBle() {
        mBle = Ble.options()
                .setLogBleExceptions(true)//設置是否輸出打印藍牙日誌（非正式打包請設置爲true，以便於調試）
                .setThrowBleException(true)//設置是否拋出藍牙異常
                .setAutoConnect(true)//設置是否自動鏈接
                .setConnectFailedRetryCount(3)//設置鏈接失敗的重試次數
                .setConnectTimeout(10 * 1000)//設置鏈接超時時長（默認10*1000 ms）
                .setScanPeriod(12 * 1000)//設置掃描時長（默認10*1000 ms）
                .setUuid_service(UUID.fromString("0000fee9-0000-1000-8000-00805f9b34fb"))//主服務的uuid
                .setUuid_write_cha(UUID.fromString("d44bc439-abfd-45a2-b575-925416129600"))//可寫特徵的uuid
                .create(getApplicationContext());
     }

2. 掃描周邊設備

mBle.startScan(scanCallback);
//掃描回調
BleScanCallback<BleDevice> scanCallback = new BleScanCallback<BleDevice>() {
        @Override
        public void onLeScan(final BleDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
            ...
            //獲取到藍牙設備對象，根據自身需求進行操做（庫中已進行相同設備的過濾）
        }
    };

3.開始鏈接

mBle.connect(device, connectCallback);               
//鏈接回調
private BleConnCallback<BleDevice> connectCallback = new BleConnCallback<BleDevice>() {
        @Override
        public void onConnectionChanged(BleDevice device) {
            if (device.isConnected()) {
                //鏈接成功以後設置通知（切記，很重要）
                setNotify(device);
            }
            Log.e(TAG, "onConnectionChanged: " + device.isConnected());
        }

        @Override
        public void onConnectException(BleDevice device, int errorCode) {
            super.onConnectException(device, errorCode);
            Toast.makeText(BleActivity.this, "鏈接異常，異常狀態碼:" + errorCode, Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    };

鏈接異常狀態碼可參閱該項目的[wiki]

4.設置通知及回調

private void setNotify(BleDevice device) {
         /*鏈接成功後，設置通知*/
        mBle.startNotify(device, new BleNotiftCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onChanged(BleDevice device, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
                Log.e(TAG, "onChanged: 表示返回硬件MCU發來的數據"+Arrays.toString(characteristic.getValue()));
            }

            @Override
            public void onReady(BleDevice device) {
                Log.e(TAG, "onReady: 表示一切準備就緒，能夠進行讀寫(發送數據或者讀取數據)的標誌");
            }

            @Override
            public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt) {
                Log.e(TAG, "onServicesDiscovered is success ");
            }

            @Override
            public void onNotifySuccess(BluetoothGatt gatt) {
                Log.e(TAG, "onNotifySuccess is success ");
            }
        });
    }

當收到onChanged(BluetoothGattCharacteristic characteristic)回調時,則說明藍牙設備的數據發生改變了，通知程序做出改變。還有不少回調，他們對應的狀況不懂得能夠參考上面的原生API的詳細講解。

5.讀取遠程Rssi

mBle.readRssi(mBle.getConnetedDevices().get(0), new BleReadRssiCallback<BleDevice>() {
                    @Override
                    public void onReadRssiSuccess(int rssi) {
                        super.onReadRssiSuccess(rssi);
                        Log.e(TAG, "onReadRssiSuccess: " + rssi);
                        Toast.makeText(BleActivity.this, "onReadRssiSuccess:"+ rssi, Toast.LENGTH_SHORT).show();
                    }
                });

6.主動讀取數據

public void read(BleDevice device) {
        boolean result = mBle.read(device, new BleReadCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onReadSuccess(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
                super.onReadSuccess(characteristic);
                byte[] data = characteristic.getValue();
                Log.w(TAG, "onReadSuccess: " + Arrays.toString(data));
            }
        });
        if (!result) {
            Log.d(TAG, "讀取數據失敗!");
        }

7.寫入數據

boolean result = mBle.write(device, changeLevelInner(), new BleWriteCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onWriteSuccess(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
                Toast.makeText(BleActivity.this, "發送數據成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
        });
        if (!result) {
            Log.e(TAG, "changeLevelInner: " + "發送數據失敗!");
        }

8.發送大數據包（如：文件等）

try {
        //獲取整個文件的總字節
        byte[]data = toByteArray(getAssets().open("WhiteChristmas.bin"));
        //發送大數據量的包(參數請查閱Demo Code)
        mBle.writeEntity(mBle.getConnetedDevices().get(0), data, 20, 50, new BleWriteEntityCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onWriteSuccess() {
                L.e("writeEntity", "onWriteSuccess");
            }

            @Override
            public void onWriteFailed() {
                L.e("writeEntity", "onWriteFailed");
            }
        });
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }

9.設置MTU(BLE4.2)

if(Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP){
        //此處第二個參數  不是特定的   好比你也能夠設置500   可是若是設備不支持500個字節則會返回最大支持數
        mBle.setMTU(mBle.getConnetedDevices().get(0).getBleAddress(), 250, new BleMtuCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onMtuChanged(BleDevice device, int mtu, int status) {
                super.onMtuChanged(device, mtu, status);
                ToastUtil.showToast("最大支持MTU："+mtu);
            }
        });
    }else {
        ToastUtil.showToast("設備不支持MTU");
    }

10.OTA升級

//找到你須要升級文件的路徑(通常狀況都是保存再服務器上，一旦有更新會自動提示，而後APP下載並保存到本地，生成對應的file對象)
File file = new File(...);
//讀寫SD卡權限，此處略（6.0及以上需添加)
OtaManager mOtaManager = new OtaManager(BleActivity.this);
boolean result = mOtaManager.startOtaUpdate(file, (BleDevice) mBle.getConnetedDevices().get(0), mBle);
Log.e("OTA升級結果:", result + "");

4、BleLib庫封裝的詳細分析

分析以前先來張BleLib庫API的結構圖供你們參考（下圖是1.x庫的結構，API名稱部分與當前有點不一樣）：

一、咱們先來看一下該庫的結構，以及每一個類的做用。以下圖：

Ble：

該類提供了幾乎全部你須要用到的方法，包括藍牙掃描、鏈接、斷開、藍牙當前鏈接狀態等等，管理了藍牙操做的全部接口和方法。

BleDevice：

該類的主要是來描述並記錄藍牙的屬性和狀態，如記錄藍牙名稱、藍牙MAC地址、藍牙別名（即修改以後的名稱）、藍牙鏈接狀態等。

BleStatus：

該類是藍牙狀態類，定義了藍牙掃描、鏈接、通知使能、發送、接收等狀態的常量值（鏈接異常等狀態碼可參考該類）

BluetoothLeService：

該類是最重要的一個核心藍牙處理類，主要是藍牙操做中用到的各個方法的實現類，是整個藍牙的核心功能實現，Ble是對外提供全部藍牙操做接口的管理類。

在此要注意一些細節，好比大多數設備掃描的時候會重複掃描到相同藍牙設備，必需要進行過濾，開發應用時，必須還要進行產品過濾，好比經過設備的廣播包過濾，或者經過設備名過濾都是能夠的，以下（注意：要根據本身產品提供的廣播包進行過濾，下圖是咱們本身產品的）：

/**
 * Verify the product broadcast parameters
 * @param data Parameter data
 * @return Whether the match
 */
public static boolean matchProduct(byte[] data) {
    if (data == null || data.length <= 0) {
        return false;
    }
    int i = 0;
    do {
        // Read packet size
        int len = data[i++] & 0xff;
        if (len > 0) {
            // Read packet data
            byte[] d = new byte[len];
            int j = 0;
            do {
                d[j++] = data[i++];
            } while (j < len);
            // Authentication Type and Length
            if (d.length > BROADCAST_SPECIFIC_PRODUCT.length && (d[0] & 0xFF) == BLE_GAP_AD_TYPE_MANUFACTURER_SPECIFIC_DATA) {
                // Matching product parameters
                boolean passed = true;
                for (int x = 0; x < BROADCAST_SPECIFIC_PRODUCT.length; x++) {
                    passed = passed && d[x + 1] == BROADCAST_SPECIFIC_PRODUCT[x];
                }
                //Match successful
                if (passed) {
                    return true;
                }
            }
        }

    } while (i < data.length);
    return false;
}

OK，要注意的細節問題已經介紹的差很少了，若是感興趣的朋友能夠去應用該庫到本身的項目中。
Android BLE藍牙詳細解讀