藍牙防丟器原理、實現與Android BLE接口編程

　　本文是對已實現的藍牙防丟器項目的總結，闡述藍牙防丟器的原理、實現與android客戶端的藍牙BLE接口編程。在這裏重點關注如何利用BLE接口來進行工程實現，對於BLE的協議、涉及到JNI的BLE接口內部源碼實現，筆者之後再詳細剖析。但要求讀者對BLE協議有必定的認識，如GAP、GATTprofile在BLE中的角色和做用，如何使用Service、Characteristic等。

1、藍牙防丟器原理和產品需求

　　藍牙防丟器的核心原理是根據接收到的藍牙設備端的無線信號強度（RSSI）來估算距離。其計算公式是：

　　d是計算距離，RSSI是信號強度，A爲發射端和接收端相隔1米時的信號強度，n是環境衰減因子。對於不一樣的藍牙設備該值是不同的，一樣的設備在不一樣的發射功率的狀況下其信號強度也是不同的，並且對於同是1米的狀況下，環境對於信號強度也是有影響的。n是環境衰減因子，天然跟環境有關。因此在確切發射功率的狀況下，A和n對於同一款設備來講，也是一個經驗值。

　　在實際的防丟器產品中，通常有如下功能：

　　1. 當手機（接收端）檢測到發射端設備的距離超過必定距離時，發出告警提示，設備根據告警級別進行相應的指示，如發出不一樣頻率的音頻或者閃燈。

　　2. 當發射設備端發現和手機端創建的鏈路斷開（意味着距離已經超過鏈接範圍）時，其會自動發出某種形式的警告。

 

2、藍牙防丟profile

      筆者以業界目前功耗最低的藍牙單芯片（Dialog公司的DA14580）來講明。針對DA14580，Dialog公司有提供開發SDK（之後會對該SDK框架進行分析，以指導開發），其中就有實現防丟profile，命名是Proximity。     該profile針對以上防丟的功能提供的Characteristic以下：

　　1．TXP(txpower) Characteristic, 設備端須要經過主機控制接口HCI來得到發射功率參數，並以read屬性提供給master。

　　2．IAS(immediate alter service), write屬性，供master寫告警級別。當master寫入新的值時，設備端會收到write的回調，其根據告警級別進行相應告警。

　　3. LLS(link loss service),write/read屬性，供master設置鏈路斷開狀況下默認的告警級別。

　　RSSI經過接收端的接口來得到，並不須要設備端提供service。

　　以上Characteristic都經過GATT profile提供服務，在藍牙通訊協議上，每一個Characteristic都會對應一個UUID。

 

3、android藍牙BLE接口編程

　　androidBLE接口在android4.3版本以上提供。

1.   判斷當前系統是否支持BLE

　　getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)

　　返回真表示支持。

2.   得到藍牙適配器類

　　用戶經過統一的藍牙適配器類BluetoothAdapter來使用BLE API。

　　先得到藍牙管理器：

　　BluetoothManagerbluetoothManager = getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);

　　再得到藍牙適配器實例（單體對象）：

　　BluetoothAdaptermBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

3.   啓動手機藍牙硬件功能（至關於在設置界面開啓藍牙功能）

　　mBluetoothAdapter.enable();

4.   開始掃描

　　BluetoothAdapter.startLeScan(android.bluetooth.BluetoothAdapter.LeScanCallbackcallback)

　　callback是當掃描到藍牙設備時的回調接口。實現callback中的onLeScan接口：

　　@Override

      public void onLeScan(finalBluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord)

      其中，device表明掃描到的設備，能夠得到其MAC地址、設備名等等；rssi即信號強度，這是未鏈接時獲取RSSI的方法；scanRecord表明掃描設備獲得的響應參數，ibeacon即經過該參數來得到廣播內容。

      假設String bluetoothAddress = device.getAddress()，獲取藍牙48位MAC地址

5.   鏈接GATT，獲取設備端的UUID服務，並進行數據通訊交互

　　經過MAC地址得到表明設備端的藍牙設備類

　　BluetoothDevicedevice = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(bluetoothAddress);

　　鏈接GATT

　　BluetoothGatt mBluetoothGatt = device.connectGatt(android.content.Context context, booleanautoConnect, android.bluetooth.BluetoothGattCallback callback);

　　Callback是鏈接GATT以後，全部數據交互的回調入口。分別包括：

1)設備服務發現

　　@Override

          publicvoid onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status)

　　mBluetoothGatt.getServices()表明設備服務集合，

　　for (BluetoothGattService gattService : mBluetoothGatt.getServices())

　　對於每一個服務service，用getUuid()能夠得到服務的UUID，getCharacteristics()表明該服務的Characteristic集合。

　　for(BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic : gattCharacteristics)

　　對於每一個Characteristic，getUuid()得到UUID，getPermissions()得到屬性權限，getValue()得到屬性值。

　　在該回調中咱們只提取感興趣的三個Characteristic的UUID，對於其餘的如電池、設備服務等UUID能夠無論。

　　gattCharacteristic_char5_TXP=gattCharacteristic；

      2)鏈接狀態改變

@Override

           public voidonConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,intnewState)

      有兩種狀態，BluetoothProfile.STATE_CONNECTED表明鏈接，BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED表明斷開鏈接。

      3)讀回調

      @Override

           public voidonCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristiccharacteristic, intstatus)

      其對應手機端發出讀請求後，當收到設備端的數據時的回調。如

      mBluetoothGatt.readCharacteristic(gattCharacteristic_char5_TXP)

      4)設備端數據變化回調

      這裏對應設備的characteristic的屬性是notify或者indication，即至關手機端訂閱這個characteristic的值變動服務，當設備端的characteristic發生變化時，設備端會主動發出通知給手機端。

@Override

           public voidonCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,

                      BluetoothGattCharacteristiccharacteristic)

           在回調中得到新的值characteristic.getValue()。

      5)獲取到RSSI值的回調

      RSSI在掃描時能夠經過掃描回調接口得到，可是在鏈接以後要不斷地使用

      mBluetoothGatt.readRemoteRssi()向底層驅動發出讀取RSSI請求，當底層獲取到新的RSSI後會進行如下回調：

      @Override

      public voidonReadRemoteRssi(BluetoothGatt gatt, int rssi, int status)

      rssi便是新的信號強度值。

      鏈接後，因爲手機和設備端的距離在發生變化，所以要不斷地讀取RSSI，實時計算二者之間的距離才能保證防丟功能的實現。

 

      Android 4.3以後的SDK有提供BLE接口使用的樣例，能夠經過研讀源碼進行理解。對防丟器的藍牙設備端和android客戶端的開發感興趣者能夠關注 微信公衆號：嵌入式企鵝圈 進行交流。謝謝！嵌入式企鵝圈分享嵌入式Linux和物聯網原創技術經驗，敬請關注：