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iOS蓝牙知识快速入门（详尽版）

2017-01-09  本文已影响4119人  zhangferry
iOS-bluetooth

以前写过几篇蓝牙相关的文章，但是没有涉及扫描、收发指令这些基础功能的实现。所以打算写一篇尽可能详尽的蓝牙知识汇总，一方面给有需要的同学看，一方面是对自己学习蓝牙的一个总结。

这篇文章的目的：教你实现设备的扫描，连接，数据收发，蓝牙数据解析。如果在实现上面任一功能遇到问题时，欢迎留下你的问题，我将进行补充，对于说法有误的地方也请老司机予以指正。

目录

0、思维导图
1、苹果对蓝牙设备有什么要求
2、操作蓝牙设备使用什么库
3、如何扫描
4、如何连接
5、如何发送数据和接收数据
6、如何解析数据
7、扩展

思维导图

思维导图

第一次做图，大家凑合着看哈。这张是我总结的蓝牙知识的结构图，下面的内容将围绕这些东西展开进行。


连接设备流程

这张是蓝牙连接发送数据的流程图，下文进入coding阶段的讲解顺序，大家先有个大概印象，等阅读完本文再回来看这张图将理解的更深一些。

苹果对蓝牙设备有什么要求

BLE：bluetouch low energy，蓝牙4.0设备因为低功耗，所有也叫作BLE。苹果在iphone4s及之后的手机型号开始支持蓝牙4.0，这也是最常见的蓝牙设备。低于蓝牙4.0协议的设备需要进行MFI认证，关于MFI认证的申请工作可以看这里：关于MFI认证你所必须要知道的事情

在进行操作蓝牙设备前，我们先下载一个蓝牙工具LightBlue，它可以辅助我们的开发，在进行蓝牙开发之前建议先熟悉一下LightBlue这个工具。

操作蓝牙设备使用什么库

苹果自身有一个操作蓝牙的库CoreBluetooth.framework，这个是大多数人员进行蓝牙开发的首选框架，除此之外目前github还有一个比较流行的对原生框架进行封装的三方库BabyBluetooth，它的机制是将CoreBluetooth中众多的delegate写成了block方法，有兴趣的同学可以了解下。下面主要介绍的是原生蓝牙库的知识。

中心和外围设备

central-peripheral

如图所示，电脑、Pad、手机作为中心，心跳监听器作为外设，这种中心外设模式是最常见的。简单理解就是，发起连接的是中心设备（Central），被连接的是外围设备（Peripheral），对应传统的客户机-服务器体系结构。Central能够扫描侦听到，正在播放广告包的外设。

服务与特征

外设可以包含一个或多个服务（CBService），服务是用于实现装置的功能或特征数据相关联的行为集合。
而每个服务又对应多个特征（CBCharacteristic）,特征提供外设服务进一步的细节，外设，服务，特征对应的数据结构如下所示

CBService-CBCharacteristic

如何扫描蓝牙

在进行扫描之前我们需要，首先新建一个类作为蓝牙类，例如FYBleManager，写成单例，作为处理蓝牙操作的管理类。引入头文件#import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>
CBCentralManager是蓝牙中心的管理类，控制着蓝牙的扫描，连接，蓝牙状态的改变。

1、初始化

      dispatch_queue_t centralQueue = dispatch_queue_create(“centralQueue",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    NSDictionary *dic = @{CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey : YES,
    CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey : @"unique identifier"
    };
    self.centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:centralQueue options:dic];

CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey对应的BOOL值，当设为YES时，表示CentralManager初始化时，如果蓝牙没有打开，将弹出Alert提示框
CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey对应的是一个唯一标识的字符串，用于蓝牙进程被杀掉恢复连接时用的。

2、扫描

//不重复扫描已发现设备        
NSDictionary *option = @{CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey : [NSNumber numberWithBool:NO],CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey:YES};        
[self.centralManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:option];
- (void)scanForPeripheralsWithServices:(nullable NSArray<CBUUID *> *)serviceUUIDs options:(nullable NSDictionary<NSString *, id> *)options;

扫面方法，serviceUUIDs用于第一步的筛选，扫描此UUID的设备
options有两个常用参数：CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey设置为NO表示不重复扫瞄已发现设备，为YES就是允许。CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey设置为YES就是在蓝牙未打开的时候显示弹框

3、CBCentralManagerDelegate代理方法

在初始化的时候我们调用了代理，在CoreBluetooth中有两个代理，

iOS的命名很友好，我们通过名字就能看出，上面那个是关于中心设备的代理方法，下面是关于外设的代理方法。我们这里先研究CBCentralManagerDelegate中的代理方法

- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central;

这个方法标了@required是必须添加的，我们在self.centralManager初始换之后会调用这个方法，回调蓝牙的状态。状态有以下几种：

typedef NS_ENUM(NSInteger, CBCentralManagerState{
CBCentralManagerStateUnknown = CBManagerStateUnknown,//未知状态
CBCentralManagerStateResetting = CBManagerStateResetting,//重启状态
CBCentralManagerStateUnsupported = CBManagerStateUnsupported,//不支持
CBCentralManagerStateUnauthorized = CBManagerStateUnauthorized,//未授权
CBCentralManagerStatePoweredOff = CBManagerStatePoweredOff,//蓝牙未开启
CBCentralManagerStatePoweredOn = CBManagerStatePoweredOn,//蓝牙开启} NS_DEPRECATED(NA, NA, 5_0, 10_0, "Use CBManagerState instead”);

该枚举在iOS10之后已经废除了，系统推荐使用CBManagerState，类型都是对应的

typedef NS_ENUM(NSInteger, CBManagerState{
CBManagerStateUnknown = 0,
CBManagerStateResetting,
CBManagerStateUnsupported,
CBManagerStateUnauthorized,
CBManagerStatePoweredOff,
CBManagerStatePoweredOn,
} NS_ENUM_AVAILABLE(NA, 10_0);

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary<NSString *, id> *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI;

peripheral是外设类
advertisementData是广播的值，一般携带设备名，serviceUUIDs等信息
RSSI绝对值越大，表示信号越差，设备离的越远。如果想装换成百分比强度，（RSSI+100）/100，（这是一个约数，蓝牙信号值并不一定是-100 - 0的值，但近似可以如此表示）

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central willRestoreState:(NSDictionary<NSString *, id> *)dict;

在蓝牙于后台被杀掉时，重连之后会首先调用此方法，可以获取蓝牙恢复时的各种状态

<h2 id="4">如何连接</h2>

在扫面的代理方法中，我们连接外设名是MI的蓝牙设备

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI{    
    NSLog(@"advertisementData:%@，RSSI:%@",advertisementData,RSSI);      
    if([peripheral.name isEqualToString:@"MI"]){        
      [self.centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];//发起连接的命令       
      self.peripheral = peripheral;     
    }
}

连接的状态
对应另外的CBCentralManagerDelegate代理方法
连接成功的回调

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral;

连接失败的回调

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error;

连接断开的回调

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error;

连接成功之后并没有结束，还记得CBPeripheral中的CBService和CBService中的CBCharacteristic吗，对数据的读写是由CBCharacteristic控制的。我们先用lightblue连接小米手环为例，来看一下，手环内部的数据是不是我们说的那样。

lightblue

其中ADVERTISEMENT DATA显示的就是广播信息。

iOS蓝牙无法直接获取设备蓝牙MAC地址，可以将MAC地址放到这里广播出来

FEEO是ServiceUUIDs,里面的FF01、FF02是CBCharacteristic的UUID

Properties是特征的属性，可以看出FF01具有读的权限，FF02具有读写的权限。特征拥有的权限类别有如下几种：

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, CBCharacteristicProperties{
CBCharacteristicPropertyBroadcast = 0x01,
CBCharacteristicPropertyRead = 0x02,
CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse = 0x04,
CBCharacteristicPropertyWrite = 0x08,
CBCharacteristicPropertyNotify = 0x10,
CBCharacteristicPropertyIndicate = 0x20,
CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites = 0x40,
CBCharacteristicPropertyExtendedProperties = 0x80,
CBCharacteristicPropertyNotifyEncryptionRequired NS_ENUM_AVAILABLE(NA, 6_0) = 0x100,
CBCharacteristicPropertyIndicateEncryptionRequired NS_ENUM_AVAILABLE(NA, 6_0) = 0x200};

<h2 id ="5">如何发送并接收数据</h2>

通过上面的步骤我们发现CBCentralManagerDelegate提供了蓝牙状态监测、扫描、连接的代理方法，但是CBPeripheralDelegate的代理方法却还没使用。别急，马上就要用到了，通过名称判断这个代理的作用，肯定是跟Peripheral有关，我们进入系统API，看它的代理方法都有什么，因为这里的代理方法较多，我就挑选几个常用的拿出来说明一下。

1、代理方法 

 //发现服务的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(nullable NSError *)error;
//发现特征的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(nullable NSError *)error;
//读数据的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error;
//是否写入成功的回调
 - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error;

2、步骤

通过这几个方法我们构建一个流程：连接成功->获取指定的服务->获取指定的特征->订阅指定特征值->通过具有写权限的特征值写数据->在didUpdateValueForCharacteristic回调中读取蓝牙反馈值

解释一下订阅特征值：特征值具有Notify权限才可以进行订阅，订阅之后该特征值的value发生变化才会回调didUpdateValueForCharacteristic

3、实现上面流程的实例代码 

//连接成功
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral{
    //连接成功之后寻找服务，传nil会寻找所有服务
    [peripheral discoverServices:nil];
}

//发现服务的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error{   
   if (!error) {        
         for (CBService *service in peripheral.services) {                
         NSLog(@"serviceUUID:%@", service.UUID.UUIDString);            
                if ([service.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_SERVICE_UUID]) {
                //发现特定服务的特征值               
               [service.peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];            
                }        
        }    
    }
}

//发现characteristics，由发现服务调用（上一步），获取读和写的characteristics
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error {    
for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {        
//有时读写的操作是由一个characteristic完成        
if ([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_CHARACTERISTIC_UUID_READ]) {   
     self.read = characteristic;           
     [self.peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:self.read];        
    } else if ([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_CHARACTERISTIC_UUID_WRITE]) {  
      self.write = characteristic;        }    
  }
}

//是否写入成功的代理
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error{   
 if (error) {        
    NSLog(@"===写入错误：%@",error);    
    }else{        
    NSLog(@"===写入成功");    
    }
}

//数据接收
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {    
    if([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_CHARACTERISTIC_UUID_READ]){
    //获取订阅特征回复的数据
    NSData *value = characteristic.value;        
    NSLog(@"蓝牙回复：%@",value);
    }
}

比如我们要获取蓝牙电量，由硬件文档查询得知该指令是**0x1B9901**,那么获取电量的方法就可以写成

- (void)getBattery{
    Byte value[3]={0};
    value[0]=x1B;
    value[1]=x99;
    value[2]=x01;
    NSData * data = [NSData dataWithBytes:&value length:sizeof(value)];
    //发送数据
    [self.peripheral writeValue:data forCharacteristic:self.write type:CBCharacteristicWriteWithoutResponse];
}

如果写入成功，我们将会在didUpdateValueForCharacteristic方法中获取蓝牙回复的信息。

如何解析蓝牙数据

如果你顺利完成了上一步的操作，并且看到了蓝牙返回的数据，那么恭喜你，蓝牙的常用操作你已经了解大半了。因为蓝牙的任务大部分就是围绕发送指令，获取指令，将蓝牙数据呈现给用户。上一步我们已经获取了蓝牙指令，但是获取的却是0x567b0629这样的数据，这是什么意思呢。这时我们参考硬件文档，看到这样一段:

device-document

那么我们就可以得出设备电量是 60%。

对数据解析的流程就是：判断校验和是否正确，是不是一条正确的数据->该条数据是不是我们需要的电量数据，即首字节为0x567b->根据定义规则解析电量，传给view显示。其中第一步校验数据，视情况而定，也有不需要的情况。

<h2 id="7">扩展</h2>

iOS蓝牙中的进制转换
蓝牙固件升级
nRF芯片设备DFU升级
参考Demo

*转载请简信联系并注明出处

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