<iOS开发>之蓝牙使用

本文介绍了蓝牙的概念以及具体的使用步骤.

一.蓝牙概念

蓝牙2.0为传统蓝牙,传统蓝牙也称为经典蓝牙.
蓝牙4.0因为低耗电,所以也叫做低功耗蓝(BLE).它将三种规格集一体，包括传统蓝牙技术、高速技术和低耗能技术.

二.BLE支持两种部署方式

1. 双模式
   低功耗蓝牙功能集成在现有的经典蓝牙控制器中，或在现有经典蓝牙技术芯片上增加低功耗堆栈，整体架构基本不变，因此成本增加有限.
2. 单模式
   面向高度集成、紧凑的设备，使用一个轻量级连接层(Link Layer)提供超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复和可靠的点对多点数据传输，还能让联网传感器在蓝牙传输中安排好低功耗蓝牙流量的次序，同时还有高级节能和安全加密连接.

三.蓝牙各版本使用选择

1. 蓝牙2.0,不上架
   使用私有API,手机需要越狱.
2. 蓝牙2.0,要上架
   进行MFI认证,使用ExternalAccessory框架.手机不需要越狱.
3. 蓝牙4.0,要上架
   使用CoreBluetooth框架,手机不需要越狱.(CoreBluetooth是基于BLE来开发的)
4. 说明
   对于小的硬件厂商来说,MFI认证通过几率不大,不仅耗钱还耗时,所以,还是推荐使用蓝牙4.0.
   (MFI:Make for ipad ,iphone, itouch 专们为苹果设备制作的设备)

四.问题描述

公司要求iOS端需要和钢琴进行蓝牙连接并进行数据通信,我以为钢琴是蓝牙4.0,然后快速集成CoreBluetooth框架写了一个demo,扫描外设时,没有发现钢琴的蓝牙名称,可是用iphone打开系统设置,可以发现钢琴对应的蓝牙.问了安卓的同事,得知钢琴的蓝牙只有2.0的模块,所以,安卓端是用2.0蓝牙进行交互的.公司决定不做MFI认证,改用蓝牙4.0.在与硬件厂商交涉的过程中,得知钢琴中的蓝牙是4.0的,但是,他们在设计蓝牙板子的时候,没有集成低功耗技术.之后,板子寄回硬件厂商,添加BLE模块.这才踏上蓝牙4.0的正轨.

五.蓝牙4.0使用解析

1.基本知识

central:中心,连接硬件的设备.
peripheral:外设,被连接的硬件.
说明:外设在一直广播,当你创建的中心对象在扫描外设时,就能够发现外设.
如图所示:

中心和外设关系图

service:服务.
characteristic:特征.
说明:一个外设包含多个服务,而每一个服务中又包含多个特征,特征包括特征的值和特征的描述.每个服务包含多个字段,字段的权限有read(读)、write(写)、notify(通知).

设备、服务、特征关系图

2.蓝牙4.0分为两种模式

• 中心模式流程
  1. 建立中心角色 [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil]
  2. 扫描外设 scanForPeripherals
  3. 发现外设 didDiscoverPeripheral
  4. 连接外设 connectPeripheral
     4.1 连接失败 didFailToConnectPeripheral
     4.2 连接断开 didDisconnectPeripheral
     4.3 连接成功 didConnectPeripheral
  5. 扫描外设中的服务 discoverServices
     5.1 发现并获取外设中的服务 didDiscoverServices
  6. 扫描外设对应服务的特征 discoverCharacteristics
     6.1 发现并获取外设对应服务的特征 didDiscoverCharacteristicsForService
     6.2 给对应特征写数据 writeValue:forCharacteristic:type:
  7. 订阅特征的通知 setNotifyValue:forCharacteristic:
     7.1 根据特征读取数据 didUpdateValueForCharacteristic
• 外设模式流程
  1. 建立外设角色
  2. 设置本地外设的服务和特征
  3. 发布外设和特征
  4. 广播服务
  5. 响应中心的读写请求
  6. 发送更新的特征值，订阅中心

六.蓝牙4.0开发步骤

1.本文采用中心模式
导入CoreBluetooth框架,#import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>
2.遵守CBCentralManagerDelegate,CBPeripheralDelegate协议
3.添加属性

// 中心管理者(管理设备的扫描和连接)
@property (nonatomic, strong) CBCentralManager *centralManager;
// 存储的设备
@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *peripherals;
// 扫描到的设备
@property (nonatomic, strong) CBPeripheral *cbPeripheral;
// 文本
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITextView *peripheralText;
// 外设状态
@property (nonatomic, assign) CBManagerState peripheralState;

常量,具体服务和特征是读还是写的类型,问公司硬件厂商,或者问同事.

// 蓝牙4.0设备名
static NSString * const kBlePeripheralName = @"公司硬件蓝牙名称";
// 通知服务
static NSString * const kNotifyServerUUID = @"FFE0";
// 写服务
static NSString * const kWriteServerUUID = @"FFE1";
// 通知特征值
static NSString * const kNotifyCharacteristicUUID = @"FFE2";
// 写特征值
static NSString * const kWriteCharacteristicUUID = @"FFE3";

4.创建中心管理者

- (CBCentralManager *)centralManager
{
    if (!_centralManager)
    {
        _centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];
    }
    return _centralManager;
}

创建存储设备数组

- (NSMutableArray *)peripherals
{
    if (!_peripherals) {
        _peripherals = [NSMutableArray array];
    }
    return _peripherals;
}

5.扫描设备之前会调用中心管理者状态改变的方法

// 当状态更新时调用(如果不实现会崩溃)
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central
{
    switch (central.state) {
        case CBManagerStateUnknown:{
            NSLog(@"未知状态");
            self.peripheralState = central.state;
        }
            break;
        case CBManagerStateResetting:
        {
            NSLog(@"重置状态");
            self.peripheralState = central.state;
        }
            break;
        case CBManagerStateUnsupported:
        {
            NSLog(@"不支持的状态");
            self.peripheralState = central.state;
        }
            break;
        case CBManagerStateUnauthorized:
        {
            NSLog(@"未授权的状态");
            self.peripheralState = central.state;
        }
            break;
        case CBManagerStatePoweredOff:
        {
            NSLog(@"关闭状态");
            self.peripheralState = central.state;
        }
            break;
        case CBManagerStatePoweredOn:
        {
            NSLog(@"开启状态－可用状态");
            self.peripheralState = central.state;
        }
            break;
        default:
            break;
    }
}

扫描设备

// 扫描设备
- (IBAction)scanForPeripherals
{
    [self.centralManager stopScan];
    NSLog(@"扫描设备");
    [self showMessage:@"扫描设备"]; 
    if (self.peripheralState ==  CBManagerStatePoweredOn)
    {
        // 扫描所有设备,传入nil,代表所有设备.
        [self.centralManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil];
    }
}

6.扫描到设备并开始连接

/**
 扫描到设备

 @param central 中心管理者
 @param peripheral 扫描到的设备
 @param advertisementData 广告信息
 @param RSSI 信号强度
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
advertisementData:(NSDictionary<NSString *,id> *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI
{
    [self showMessage:[NSString stringWithFormat:@"发现设备,设备名:%@",peripheral.name]];
    
    if (![self.peripherals containsObject:peripheral])
    {
        [self.peripherals addObject:peripheral];
        NSLog(@"%@",peripheral);
        
        if ([peripheral.name isEqualToString:kBlePeripheralName])
        {
            [self showMessage:[NSString stringWithFormat:@"设备名:%@",peripheral.name]];
            self.cbPeripheral = peripheral;
            
            [self showMessage:@"开始连接"];
            [self.centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];
        }
    }
}

7.连接的三种状态,如果连接成功,则扫描所有服务(也可以扫描指定服务)
连接失败重连

/**
 连接失败

 @param central 中心管理者
 @param peripheral 连接失败的设备
 @param error 错误信息
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error
{
    [self showMessage:@"连接失败"];
    if ([peripheral.name isEqualToString:kBlePeripheralName])
    {
        [self.centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];
    }
}

连接断开重连

/**
 连接断开

 @param central 中心管理者
 @param peripheral 连接断开的设备
 @param error 错误信息
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error
{
    [self showMessage:@"断开连接"];
    if ([peripheral.name isEqualToString:kBlePeripheralName])
    {
        [self.centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];
    }
}

连接成功并扫描服务

/**
 连接成功

 @param central 中心管理者
 @param peripheral 连接成功的设备
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
    NSLog(@"连接设备:%@成功",peripheral.name);
    [self showMessage:[NSString stringWithFormat:@"连接设备:%@成功",peripheral.name]];

    // 设置设备的代理
    peripheral.delegate = self;
    // services:传入nil代表扫描所有服务
    [peripheral discoverServices:nil];
}

8.发现服务并扫描服务对应的特征

/**
 扫描到服务

 @param peripheral 服务对应的设备
 @param error 扫描错误信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error
{
    // 遍历所有的服务
    for (CBService *service in peripheral.services)
    {
        NSLog(@"服务:%@",service.UUID.UUIDString);
        // 获取对应的服务
        if ([service.UUID.UUIDString isEqualToString:kWriteServerUUID] || [service.UUID.UUIDString isEqualToString:kNotifyServerUUID])
        {
            // 根据服务去扫描特征
            [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];
        }
    }
}

9.扫描到对应的特征,写入特征的值,并订阅指定的特征通知.

/**
 扫描到对应的特征

 @param peripheral 设备
 @param service 特征对应的服务
 @param error 错误信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error
{
    // 遍历所有的特征
    for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics)
    {
        NSLog(@"特征值:%@",characteristic.UUID.UUIDString);
        // 获取对应的特征
        if ([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:kWriteCharacteristicUUID])
        {
            // 写入数据
            [self showMessage:@"写入特征值"];
            for (Byte i = 0x0; i < 0x73; i++)
            {
                // 让钢琴的每颗灯都亮一次
                Byte byte[] = {0xf0, 0x3d, 0x3d, i,
                    0x02,0xf7};
                NSData *data = [NSData dataWithBytes:byte length:6];
                [peripheral writeValue:data forCharacteristic:characteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];
            }
        }
        if ([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:kNotifyCharacteristicUUID])
        {
            // 订阅特征通知
            [peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:characteristic];
            
        }
    }
}

10.根据特征读取到数据

/**
 根据特征读到数据

 @param peripheral 读取到数据对应的设备
 @param characteristic 特征
 @param error 错误信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(nonnull CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error
{
    if ([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:kNotifyCharacteristicUUID])
    {
        NSData *data = characteristic.value;
        NSLog(@"%@",data);
    }
}

读取值打印结果:

2017-04-25 12:34:41.876974+0800 蓝牙4.0Demo[1745:346611] <9f5436>
2017-04-25 12:34:41.983016+0800 蓝牙4.0Demo[1745:346611] <8f5440>
2017-04-25 12:34:42.154821+0800 蓝牙4.0Demo[1745:346611] <9f5649>
2017-04-25 12:34:42.239481+0800 蓝牙4.0Demo[1745:346611] <8f5640>

提示:上Appstore下载LightBlue,进行蓝牙通信测试.

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