Android BLE蓝牙详细解读

2017-08-21 本文已影响3486人 f2a928cacb8d

前言：

对BLE蓝牙感兴趣的朋友可以加入我们讨论群：

QQ：494309361（本群已满）（Android蓝牙开发小纵队）

QQ：628256540（新建）（Android开发小纵队(2)群）

随着物联网时代的到来，越来越多的智能硬件设备开始流行起来，比如智能手环、心率检测仪、以及各式各样的智能家具和玩具类产品。安卓4.3(API 18)为BLE的核心功能提供平台支持和API，App可以利用它来发现设备、查询服务和读写特性。相比传统的蓝牙，BLE更显著的特点是低功耗。本文主要讲解Android低功耗蓝牙的api使用以及蓝牙扫描、连接、发送数据、接收数据等一系列操作，并主要介绍本人封装的BleLib蓝牙库，非常适合蓝牙初学者使用，只需要一行代码注入就OK了，而且用法也极其简单，下面会专门讲解BleLib库的使用。

在BLE协议中，有两个角色，周边（Periphery）和中央（Central）；周边是数据提供者，中央是数据使用/处理者，一个中央可以同时连接多个周边，但是一个周边某一时刻只能连接一个中央。
首先使用蓝牙就不得不说BluetoothGatt和BluetoothGattCallback这两个类，该类继承自BluetoothProfile，BluetoothGatt作为中央来使用和处理数据，通过BluetoothGatt可以连接设备（connect）,发现服务（discoverServices），并把相应地属性返回到BluetoothGattCallback，BluetoothGattCallback返回中央的状态和周边提供的数据。

1. 蓝牙开发流程：

我们蓝牙操作的主要目的就是为了拿到中央BluetoothGatt这个对象，进而进行接下来的所有一系列操作，如下：

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

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

3.开始扫描：btAdapter.startLeScan( BluetoothAdapter.LeScanCallback);

4.从LeScanCallback中得到BluetoothDevice 
public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {…..}

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

这时总算拿到中央BluetoothGatt了，它有很多的方法，调用这些方法，你就可以通过BluetoothGattCallback和周边BluetoothGattServer交互了。

2. 主要类的大致理解：

BluetoothProfile：一个通用的规范，按照这个规范来收发数据。

BluetoothManager：通过BluetoothManager来获取BluetoothAdapter

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

BluetoothAdapter：一个Android系统只有一个BluetoothAdapter ，通过BluetoothManager 获取
```
BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
```
BluetoothGattDescriptor：可以看成是描述符，对Characteristic的描述，包括范围、计量单位等。
BluetoothGattService：服务，Characteristic的集合。

BluetoothGattCallback：已经连接上设备，对设备的某些操作后返回的结果。这里必须提醒下，已经连接上设备后的才可以返回，没有返回的认真看看有没有连接上设备。

private BluetoothGattCallback GattCallback = new BluetoothGattCallback() {

  // 这里有9个要实现的方法，看情况要实现那些，用到那些就实现那些

  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. 上面所说的9个要实现的方法，所对应蓝牙交互的主要对应关系：

(1) notification对应onCharacteristicChanged;

gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);

该方法一般是在发现服务后，进行设置的，设置该方法的目的是让硬件在数据改变的时候，发送数据给app，app则通过onCharacteristicChanged方法回调给用户，从参数中可获取到回调回来的数据。

(2) readCharacteristic对应onCharacteristicRead;

gatt.readCharacteristic(characteristic);

(3) writeCharacteristic对应onCharacteristicWrite;

gatt.wirteCharacteristic(mCurrentcharacteristic);

(4) 连接蓝牙或者断开蓝牙对应 onConnectionStateChange;

bluetoothDevice.connectGatt(this, false, mGattCallback);
或
gatt.disconnect();(断开连接后务必记得gatt.close();)

(5) readDescriptor对应onDescriptorRead;

gatt.readDescriptor(descriptor);

(6) writeDescriptor对应onDescriptorWrite;

gatt.writeDescriptor(descriptor);

(7) readRemoteRssi对应onReadRemoteRssi;

gatt.readRemoteRssi();

(8) executeReliableWrite对应onReliableWriteCompleted;

 gatt.executeReliableWrite();

(9) discoverServices对应onServicesDiscovered

gatt.discoverServices();

开启蓝牙所具备的权限：

 <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"/>

如果 android.hardware.bluetooth_le设置为false,可以安装在不支持的设备上使用，判断是否支持蓝牙4.0用以下代码就可以了，如：

  if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
          Toast.makeText(this, “设备不支持蓝牙4.0”, Toast.LENGTH_SHORT).show();
          finish();
    }

对蓝牙的启动关闭操作：

1、利用系统默认开启蓝牙对话框

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

2、后台打开蓝牙，不做任何提示，这个也可以用来自定义打开蓝牙对话框啦

mBluetoothAdapter.enable();

3、后台关闭蓝牙

mBluetoothAdapter.disable();

二、BleLib库的优点

最简洁的植入（近乎一行代码）

private void initBle() {
     mBle = Ble.getInstance();
     Ble.Options options = new Ble.Options();
     //options.logBleExceptions = true;//设置是否输出打印蓝牙日志（非正式打包请设置为true，以便于调试）
     //options.throwBleException = true;//设置是否抛出蓝牙异常
     //options.autoConnect = false;//设置是否自动连接（当前版本未处理，敬请期待）
     //options.scanPeriod = 12 * 1000;//设置扫描时长（默认10*1000 ms）
     //options.connectTimeout = 10 * 1000;//设置连接超时时长（默认10*1000 ms）
     options.uuid_service = UUID.fromString("0000fee9-0000-1000-8000-00805f9b34fb");//设置主服务的uuid
     options.uuid_write_cha = UUID.fromString("d44bc439-abfd-45a2-b575-925416129600");//设置可写特征的uuid
     mBle.init(getApplicationContext(), options);
 }

哦！不好意思，说错话了，好像是五行代码哈

最大程度简化了代码量

有对比才有伤害，那就来看下原生api调用蓝牙流程和该库之间的对比：

例如扫描设备

原生API写法：

private void scanLeDevice(final boolean enable) {  
        if (enable) {  
        // 经过预定扫描期后停止扫描  
        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);  
        }  
        ...  
    }  
       
然后在mLeScanCallback的回调中拿到扫描结果：

    // 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中扫描的写法：

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

提供了独一无二的OTA升级接口（即蓝牙硬件进行更新升级的接口）

这绝对是其他蓝牙库所没有的，具体API请看下面的库使用步骤

三、如何使用该库

首先buidl.gradle中添加依赖（最新版本请参阅Demo中的README文件）：

compile 'cn.com.jerry:blelibrary:2.1.0'

1. 初始化蓝牙（动态授权蓝牙操作权限、打开蓝牙、判断设备是否支持蓝牙等操作请看DEMO）

     private void initBle() {
         mBle = Ble.getInstance();
         Ble.Options options = new Ble.Options();
         //options.logBleExceptions = true;//设置是否输出打印蓝牙日志（非正式打包请设置为true，以便于调试）
         //options.throwBleException = true;//设置是否抛出蓝牙异常
         //options.autoConnect = false;//设置是否自动连接（当前版本未处理，敬请期待）
         //options.scanPeriod = 12 * 1000;//设置扫描时长（默认10*1000 ms）
         //options.connectTimeout = 10 * 1000;//设置连接超时时长（默认10*1000 ms）
         options.uuid_service = UUID.fromString("0000fee9-0000-1000-8000-00805f9b34fb");//设置主服务的uuid
         options.uuid_write_cha = UUID.fromString("d44bc439-abfd-45a2-b575-925416129600");//设置可写特征的uuid
         mBle.init(getApplicationContext(), options);
     }

2. 扫描周边设备

mBle.startScan(scanCallback);
//扫描回调
BleScanCallback<BleDevice> scanCallback = new BleScanCallback<BleDevice>() {
        @Override
        public void onLeScan(final BleDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
            ...
            //获取到蓝牙设备对象，根据自身需求进行操作（库中已进行相同设备的过滤）
        }
    };

3.开始连接

mBle.connect(device, connectCallback);               
//连接回调
private BleConnCallback<BleDevice> connectCallback = new BleConnCallback<BleDevice>() {
        @Override
        public void onConnectionChanged(BleDevice device) {
            if (device.isConnected()) {
                //连接成功之后设置通知（切记，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, "连接异常，异常状态码:" + errorCode, Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    };

4.设置通知及回调

private void setNotify(BleDevice device) {
         /*连接成功后，设置通知*/
        mBle.startNotify(device, new BleNotiftCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onChanged(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
                Log.e(TAG, "onChanged: 表示返回硬件MCU发来的数据" + Arrays.toString(characteristic.getValue()));
            }

            @Override
            public void onReady(BleDevice device) {
                Log.e(TAG, "onReady: 表示一切准备就绪，可以进行读写(发送数据或者读取数据)的标志");
            }

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

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

当收到onChanged(BluetoothGattCharacteristic characteristic)回调时,则说明蓝牙设备的数据发生改变了，通知程序作出改变。还有很多回调，他们对应的情况不懂得可以参考上面的原生API的详细讲解。

5.读取远程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.写入数据

boolean result = mBle.write(device, changeLevelInner(), new BleWriteCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onWriteSuccess(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
                Toast.makeText(BleActivity.this, "发送数据成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
        });
        if (!result) {
            Log.e(TAG, "changeLevelInner: " + "发送数据失败!");
        }

7.OTA升级

//找到你需要升级文件的路径(一般情况都是保存再服务器上，一旦有更新会自动提示，然后APP下载并保存到本地，生成对应的file对象)
File file = new File(...);
//读写SD卡权限，此处略（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升级结果:", result + "");

四、BleLib库封装的详细分析

分析之前先来张BleLib库API的结构图供大家参考（下图是1.x库的结构，API名称部分与当前有点不同）：

BleLib库结构图.png

1、我们先来看一下该库的结构，以及每个类的作用。如下图：

结构.png

这里先不讲解iQppCallback和QppApi两个类，这两个类暂时并未用到，后期维护时会详细讲解。

Ble：

该类提供了几乎所有你需要用到的方法，包括蓝牙扫描、连接、断开、蓝牙当前连接状态等等，管理了蓝牙操作的所有接口和方法。

BleDevice：

该类的主要是来描述并记录蓝牙的属性和状态，如记录蓝牙名称、蓝牙MAC地址、蓝牙别名（即修改之后的名称）、蓝牙连接状态等。

BleStatus：

该类是蓝牙状态类，定义了蓝牙扫描、连接、通知使能、发送、接收等状态的常量值（连接异常等状态码可参考该类）

BluetoothLeService：

该类是最重要的一个核心蓝牙处理类，主要是蓝牙操作中用到的各个方法的实现类，是整个蓝牙的核心功能实现，Ble是对外提供所有蓝牙操作接口的管理类。

在此要注意一些细节，比如大多数设备扫描的时候会重复扫描到相同蓝牙设备，必须要进行过滤，开发应用时，必须还要进行产品过滤，比如通过设备的广播包过滤，或者通过设备名过滤都是可以的，如下（注意：要根据自己产品提供的广播包进行过滤，下图是我们自己产品的）：

  /**
 * 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，要注意的细节问题已经介绍的差不多了，如果感兴趣的朋友可以去应用该库到自己的项目中。文章末尾顺带宣传下自己的一个Android开发的各种学习DEMO的一个仓库（包含了蓝牙3.0基于A2DP协议、Aidl、BlockingQueue、设计模式、IPC、移植Libmp3库到Android平台并编写jni方法供Java层调用、MVP框架、Socket学习demo等等），感兴趣可以关注并Star下哦，不胜感激，https://github.com/ai-curry/AndroidDatas

重中之重：附BleLib库下载地址

QQ：494309361 （本群已满）（Android蓝牙开发小纵队）
QQ：628256540（新建）（Android开发小纵队(2)群）