Android BLE4.0(蓝牙通信)
前言：
本文参考文献：
1、https://learn.adafruit.com/introduction-to-bluetooth-low-energy?view=all
中文翻译：
http://www.race604.com/gatt-profile-intro/
2、http://blog.csdn.net/jimoduwu/article/details/21604215
一、工作原理
在说蓝牙通信之前，我们先了解一下蓝牙的工作原理。
蓝牙规定每一对设备进行通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，必须由主端进行查找，发起配对。连接成功，双方才可收发数据。
一个具备蓝牙功能的设备，可以在两个角色间切换，平时处于从模式，等待其它主设备来连接，需要时，转换为主模式，向其它设备发起呼叫。一个蓝牙设备以主模式发起连接时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息。
二、相关名词和概念
在介绍名词概念之前，我们应该知道，现在的BLE连接都是建立在 GATT (Generic Attribute Profile) 协议之上。GATT 是一个在蓝牙连接之后，发送和接收很短的数据段的通用规范，这些很短的数据段被称为属性（Attribute）。
GAP
介绍 GATT 之前，需要了解 GAP (Generic Access Profile)，它用来控制设备连接和广播。GAP 使一个设备可被其他设备发现，并决定了该设备是否可以或者怎样与其他设备进行交互。
GAP 给设备定义了若干角色，其中主要的两个是：
- 外围设备（Peripheral）：一般是非常小或者简单的低功耗设备，用来提供数据，并能够连接到一个更加相对强大的中心设备。如蓝牙手环。
- 中心设备（Central）：相对比较强大，用来连接其他外围设备。如手机。
GATT
GATT 的全名是 Generic Attribute Profile（普通属性协议），它定义两个 BLE 设备通过叫做 Service 和 Characteristic 的东西进行通信。
中心设备和外设需要双向通信的话，唯一的方式就是建立 GATT 连接。
GATT 结构
GATT 事务是建立在嵌套的Profiles、Services 和 Characteristics之上的，如图：
Paste_Image.png
-
Profile： Profile 并不是实际存在于 BLE 外设上的，它只是一个被 Bluetooth SIG 或者外设设计者预先定义的 Service 的集合。
-
Service： Service 是把数据分成一个个独立逻辑项，它包含一个或者多个 Characteristic。每个 Service 有一个 UUID 唯一标识。
-
Characteristic： Characteristic在 GATT 事务中是最低级别的，是最小的逻辑数据单元，与 Service 类似，每个 Characteristic 也有一个UUID 唯一标识。
三、蓝牙通信
1、对应Android的API
在Android BLE的API中，对应于GATT结构的有3个文件：
-
** BluetoothGatt**
作为中央来使用和处理数据，通过device.connectGatt(this, false, mGattCallback) 得到。 -
** BluetoothGattServer**
作为周边来提供数据，通过BluetoothGatt.getService(uuid)获取指定的BluetoothGattServer。 -
** BluetoothGattCharacteristic**
周边服务的一些特性，分为Read，Write，notification。
2、获取蓝牙连接状态
2.1 BluetoothGattCallback
在上一篇中介绍了如何连接一个设备：
device.connectGatt(this, false, mGattCallback)
其中有一个BluetoothGattCallback 的一个实例：mGattCallback。
BluetoothGattCallback是返回中央的状态和周边提供的数据的一个重要的抽象类。看一下源码：
public abstract class BluetoothGattCallback {
/**
* 当GATT客户端已连接到GATT服务器或者从GATT服务器断开连接
* 时回调。
*
* @param gatt
* @param status 连接或断开操作的状态。BluetoothGatt.GATT_SUCCESS表示操作成功
*
* @param newState 返回新的连接状态。 如 BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED或
* BluetoothProfile.STATE_CONNECTED
*/
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
int newState) {
}
/**
* 当远程设备的远程服务列表，特征和描述符已被更新，即已发现新服务时，调用回调。
*
* @param gatt
* @param status BluetoothGatt.GATT_SUCCESS 远程设备的远程服务列表可被发现
*/
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
}
/**
* Read特性的操作回调
*
* @param gatt
* @param characteristic 从相关的远程设备读取的特性。
* @param status BluetoothGatt.GATT_SUCCESS 操作成功
*/
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic,
int status) {
}
/**
* write 特性的操作回调
*
* 如果在可靠的写事务正在进行时调用此回调，则characteristic的值表示远程设备报告的值。
* 应用程序应该将此值与要写入的所需值进行比较。
* 如果值不匹配，应用程序必须中止可靠的写事务。
*
* @param gatt
* @param characteristic
* @param status write 操作的结果
* {BluetoothGatt.GATT_SUCCESS}
*/
public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
}
/**
* notification 特性的结果
*
* @param gatt
* @param characteristic 由于远程通知事件而更新的特性。
*/
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
}
/**
* 报告描述符读操作的结果的回调.
*
* @param gatt
* @param descriptor 从关联的远程设备读取的描述符。
* @param status 如果读操作已成功完成 {BluetoothGatt.GATT_SUCCESS}
*/
public void onDescriptorRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor,
int status) {
}
/**
* 指示描述符写操作的结果。
*
* @param gatt
* @param descriptor 写入相关远程设备的描述符
* @param status 如果操作成功，写入操作的结果为{BluetoothGatt＃GATT_SUCCESS}。
*/
public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor,
int status) {
}
/**
* 当可靠的写事务已完成时调用回调。
*
* @param gatt
* @param status 如果可靠的写事务已成功执行，则{BluetoothGatt＃GATT_SUCCESS}
*/
public void onReliableWriteCompleted(BluetoothGatt gatt, int status) {
}
/**
* 报告远程设备连接的RSSI。
*
* 此回调是响应{BluetoothGatt＃readRemoteRssi}函数而触发的。
*
* @param gatt
* @param rssi 远程设备的RSSI值
* @param status 如果RSSI已成功读取 {BluetoothGatt＃GATT_SUCCESS}
*/
public void onReadRemoteRssi(BluetoothGatt gatt, int rssi, int status) {
}
/**
* 指示给定设备连接的MTU已更改。
*
* 此回调是响应{BluetoothGatt＃requestMtu}函数或响应连接事件而触发的。
*
* @param gatt
* @param mtu 新的MTU大小
* @param status 如果MTU已成功更改{ BluetoothGatt＃GATT_SUCCESS}
*/
public void onMtuChanged(BluetoothGatt gatt, int mtu, int status) {
}
}
从上面的代码可以看出，当我们与一个外设建立连接时，连接的状态以及连接成功之后与设备通信都会在BluetoothGattCallback中回调过来。
3、与设备的通信
3.1、BluetoothGatt.discoverServices()
此方法在成功连接到远程设备时调用，不调用此方法，无法与远程设备进行后续的通信。
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
Log.i(TAG, "Connected to GATT server.");
mBluetoothGatt.discoverServices();
} else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {
Log.i(TAG, "Disconnected from GATT server.");
}
}
但是这个方法是异步操作，在回调函数onServicesDiscovered中得到status，通过判断status是否等于BluetoothGatt.GATT_SUCCESS来判断查找Service是否成功
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
//服务发现成功
} else {
//服务发现失败
}
}
只有当Service可被发现是即status为BluetoothGatt.GATT_SUCCESS时，我们才能继续后续的操作。
3.2、启用notification
如果设备主动发信息，可以通过notification的方式，这种方式不用去轮询地读设备上的数据。
BluetoothGattService service = bluetoothGatt.getService(serviceUuid);
if (service == null) {
return;
}
BluetoothGattCharacteristic characteristic = service.getCharacteristic(characteristicUuid);
if (characteristic == null) {
return;
}
bluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);//激活通知
BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(descriptorUuid);
descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
bluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);
如果notificaiton方式对于某个Characteristic是enable的，那么当设备上的这个Characteristic改变时，手机上的onCharacteristicChanged()回调就会被促发。
@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);
byte[] notice = characteristic.getValue();
onNotify(notice);
}
3.3、发送数据
BluetoothGattService service = bluetoothGatt.getService(serviceUuid);
if (service == null) {
return;
}
BluetoothGattCharacteristic characteristic = service.getCharacteristic(characteristicUuid);
if (characteristic == null) {
return;
}
characteristic.setValue(data);
bluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic);
}
3.4、读取数据
public void readData(UUID serviceUuid, UUID characteristicUuid) {
BluetoothGattService service = bluetoothGatt.getService(serviceUuid);
if (service == null) {
return;
}
BluetoothGattCharacteristic characteristic = service.getCharacteristic(characteristicUuid);
if (characteristic == null) {
return;
}
bluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic);
}
官方建议在进行read是如果有通知服务进行中，先关闭
bluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, false);
读取的数据会在onCharacteristicRead()回调中返回
@Override
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic,
int status) {
//读取到值，在这里读数据
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
}
}
4、断开连接
public void disConnection() {
if (bluetoothGatt == null) {
return;
}
bluetoothGatt.disconnect();
}
5、关闭Gatt
使用给定的BLE设备后，应用程序必须调用此方法以确保资源正确释放。
/**
*
*/
public void close() {
if (mBluetoothGatt == null) {
return;
}
mBluetoothGatt.close();
mBluetoothGatt = null;
}
总结：
关于蓝牙BLE的开发流程，到这里就结束了，从扫描、连接到与设备的收发数据，基本上也就这些东西。
最后加上GitHub上面的仓库：https://github.com/eson-yunfei/AndroidBle ；项目刚创建不久，还在完善，欢迎大家Fork。
