蓝牙小试牛刀之蓝牙4.0BLE开发

首先简单介绍一下蓝牙4.0 BLE开发
BLE全名为Bluetooth Low Energy 顾名思义，蓝牙低能耗。
蓝牙4.0及以上称之为BLE，而4.0以下则称之为传统蓝牙。那么二者有什么区别呢？
BLE与传统蓝牙相比四大特点：
1、低能耗，蓝牙4.0设备与周围设备交流时，其峰值能耗仅为传统蓝牙设备的一半
2、传输距离远，100米以上
3、使用128-bit AES完全加密，为数据封包提供高度加密性及认证度
4、低延时：最短可在3ms内完成连接设置并开始传输数据。（传统蓝牙设备的迟延最高达100ms）
在介绍BLE使用之前，先介绍几个概念。
使用低功耗蓝牙可以包括多个Profile，一个Profile中有多个Service，一个Service中有多个Characteristic，一个Characteristic中包括一个value和多个Descriptor。
1.Generic Attribute Profile（GATT）—GATT配置文件是一个通用规范，用于在BLE链路上发送和接收被称为“属性”的数据块。目前所有的BLE应用都基于GATT。 蓝牙SIG规定了许多低功耗设备的配置文件。配置文件是设备如何在特定的应用程序中工作的规格说明。注意一个设备可以实现多个配置文件。例如，一个设备可能包括心率监测仪和电量检测。
2.Attribute Protocol（ATT）—GATT在ATT协议基础上建立，也被称为GATT/ATT。ATT对在BLE设备上运行进行了优化，为此，它使用了尽可能少的字节。每个属性通过一个唯一的的统一标识符（UUID）来标识，每个String类型UUID使用128 bit标准格式。属性通过ATT被格式化为characteristics和services。
3.Characteristic 一个characteristic包括一个单一变量和0-n个用来描述characteristic变量的descriptor，characteristic可以被认为是一个类型，类似于类。
4.Descriptor Descriptor用来描述characteristic变量的属性。例如，一个descriptor可以规定一个可读的描述，或者一个characteristic变量可接受的范围，或者一个characteristic变量特定的测量单位。
5.Service service是characteristic的集合。例如，你可能有一个叫“Heart Rate Monitor(心率监测仪)”的service，它包括了很多characteristics，如“heart rate measurement(心率测量)”等。你可以在bluetooth.org 找到一个目前支持的基于GATT的配置文件和服务列表。
如何使用呢？这里借用网上的一张图片，清晰明了的展示了BLE的使用流程。

具体使用流程如下：

1.想要使用蓝牙功能，必须添加权限：

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/><uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>

如果想声明你的app只为具有BLE的设备提供，在manifest文件中包括：

<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>

但是如果想让你的app提供给那些不支持BLE的设备，需要在manifest中包括上面代码并设置required=”false”，然后在运行时可以通过使用PackageManager.hasSystemFeature()确定BLE的可用性。

2.检查设备是否支持BLE

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

3.获取 BluetoothAdapter适配器

BluetoothManager bluetoothManager =(BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

4.开启蓝牙

// 确保蓝牙在设备上可以开启
if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}
@Override
protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {
// User chose not to enable Bluetooth.
if (requestCode == REQUEST_ENABLE_BT && resultCode == Activity.RESULT_CANCELED) {
finish();
return;
}
super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data);
}

5.搜索BLE设备

为了发现BLE设备，使用startLeScan())方法。这个方法需要一个参数BluetoothAdapter.LeScanCallback。你必须实现它的回调函数，那就是返回的扫描结果。因为扫描非常消耗电量，你应当遵守以下准则：
只要找到所需的设备，停止扫描。
不要在循环里扫描，并且对扫描设置时间限制。以前可用的设备可能已经移出范围，继续扫描消耗电池电量。

private void scanLeDevice(final boolean enable) {        if (enable) {            // 经过预定扫描期后停止扫描，防止大量消耗电量            mHandler.postDelayed(new Runnable() {                @Override                public void run() {                    mScanning = false;                    //先停止搜索                    mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);                }            }, SCAN_PERIOD);            mScanning = true;            //开始搜索            mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);        } else {            mScanning = false;            mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);        }    }

6.搜索设备的回调方法LeScanCallback

在4.3之前的api是通过注册广播来处理搜索时发生的一些事件，而支持ble的新的api中，是通过回调的方式来处理的，而mLeScanCallback就是一个接口对象

private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =        new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {    @Override    public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,            byte[] scanRecord) {            //device 搜索到的蓝牙设备        runOnUiThread(new Runnable() {           @Override           public void run() {             //device.getName();获取蓝牙设备名字               //device.getAddress();获取蓝牙设备mac地址      可以将数据使用EventBus进行需要传递               mLeDeviceListAdapter.addDevice(device);             mLeDeviceListAdapter.notifyDataSetChanged();           }       });   }};

7.连接搜索到的蓝牙设备

通过listview的onItemClick方法获取到选择连接的某一个蓝牙设备，这里可以通过getRemoteDevice（address）获取设备，然后device.connectGatt(this, false, mGattCallback)；正式连接蓝牙设备，连接后会返回一个BluetoothGatt 类型的对象，这里定义为mBluetoothGatt。该对象比较重要，后面发现服务读写设备等操作都是通过该对象。
代码里建了一个service，里面封装了连接，读写设备等操作。连接是通过获取到的mac地址去进行连接操作就可以了。

public boolean connect(final String address) {        if (mBluetoothAdapter == null || address == null) {            Log.w(TAG,"BluetoothAdapter not initialized or unspecified address.");            return false;        }        // Previously connected device. Try to reconnect. (先前连接的设备。 尝试重新连接)        if (mBluetoothDeviceAddress != null&& address.equals(mBluetoothDeviceAddress)&& mBluetoothGatt != null) {            Log.d(TAG,"Trying to use an existing mBluetoothGatt for connection.");            if (mBluetoothGatt.connect()) {                mConnectionState = STATE_CONNECTING;                return true;            } else {                return false;            }        }        final BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);        if (device == null) {            Log.w(TAG, "Device not found.  Unable to connect.");            return false;        }        // We want to directly connect to the device, so we are setting the        // autoConnect        // parameter to false.        //该函数才是真正的去进行连接 参数三是连接后的接口回调  函数返回值为mBluetoothGatt         mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);         Log.d(TAG, "Trying to create a new connection.");        mBluetoothDeviceAddress = address;        mConnectionState = STATE_CONNECTING;        return true;    }

8：连接后会回调BluetoothGattCallback接口，包括读取设备，往设备里写数据及设备发出通知等都会回调该接口。其中比较重要的是BluetoothGatt。

private final BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() {
@Override //当连接上设备或者失去连接时会回调该函数
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,int newState) {
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) { //执行到这里其实蓝牙已经连接成功了
mBluetoothGatt.discoverServices(); //连接成功后就去找出该设备中的服务
} else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) { //连接失败
//执行重新连接蓝牙设备逻辑
}
}
@Override //当设备是否找到服务时，会回调该函数
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) { //找到服务了
//在这里可以对服务进行解析，寻找到你需要的服务
} else {
Log.w(TAG, “onServicesDiscovered received: ” + status);
}
}
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
TLog.i(TAG, “onServicesDiscovered”);

  } else {          TLog.i(TAG, "onServicesDiscovered status------>" + status); }

}
@Override //当读取设备时会回调该函数
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
System.out.println(“onCharacteristicRead”);
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
//读取到的数据存在characteristic当中，可以通过characteristic.getValue();函数取出。然后再进行解析操作。
//int charaProp = characteristic.getProperties();if ((charaProp | BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY) > 0)表示可发出通知。 判断该Characteristic属性
}
}

    @Override //当向设备Descriptor中写数据时，会回调该函数    public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {        System.out.println("onDescriptorWriteonDescriptorWrite = " + status + ", descriptor =" + descriptor.getUuid().toString());    }    @Override //设备发出通知时会调用到该接口    public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic) {        if (characteristic.getValue() != null) {              System.out.println(characteristic.getStringValue(0));        }        System.out.println("--------onCharacteristicChanged-----");    }    @Override    public void onReadRemoteRssi(BluetoothGatt gatt, int rssi, int status) {        System.out.println("rssi = " + rssi);    }            @Override //当向Characteristic写数据时会回调该函数            public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {                       System.out.println("--------write success----- status:" + status);            };

}

9：设备连接成功并回调BluetoothGattCallback接口里面的onConnectionStateChange函数，然后调用mBluetoothGatt.discoverServices();去发现服务。发现服务后会回调BluetoothGattCallback接口里面的 onServicesDiscovered函数，在里面我们可以获取服务列表。

public List<BluetoothGattService> getSupportedGattServices() {    if (mBluetoothGatt == null)        return null;    return mBluetoothGatt.getServices();   //此处返回获取到的服务列表}

10：获取到服务列表后自然就是要对服务进行解析。解析出有哪些服务，服务里有哪些Characteristic，哪些Characteristic可读可写可发通知等等。

private void displayGattServices(List<BluetoothGattService> gattServices) {    if (gattServices == null)        return;    for (BluetoothGattService gattService : gattServices) { // 遍历出gattServices里面的所有服务        List<BluetoothGattCharacteristic> gattCharacteristics = gattServices.getCharacteristics();        for (BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic : gattCharacteristics) { // 遍历每条服务里的所有Characteristic            if (gattCharacteristic.getUuid().toString().equalsIgnoreCase(需要通信的UUID)) {                                     // 有哪些UUID，每个UUID有什么属性及作用，一般硬件工程师都会给相应的文档。我们程序也可以读取其属性判断其属性。                // 此处可以可根据UUID的类型对设备进行读操作，写操作，设置notification等操作                // BluetoothGattCharacteristic gattNoticCharacteristic 假设是可设置通知的Characteristic                // BluetoothGattCharacteristic gattWriteCharacteristic 假设是可读的Characteristic                // BluetoothGattCharacteristic gattReadCharacteristic  假设是可写的Characteristic            }        }    }}

11：可接收通知的UUID，设置其可以接收通知（notification）。下面函数参数为10中的gattNoticCharacteristic

public void setCharacteristicNotification(BluetoothGattCharacteristic characteristic, boolean enabled) {
if (mBluetoothAdapter == null || mBluetoothGatt == null) {
Log.w(TAG, “BluetoothAdapter not initialized”);
return;
}
mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enabled);
BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(UUID
.fromString(SampleGattAttributes.CLIENT_CHARACTERISTIC_CONFIG));
if (descriptor != null) {
System.out.println(“write descriptor”);
descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);
}

}

12：可读的UUID。下面函数参数为10中的gattReadCharacteristic。readCharacteristic调用成功会回调步骤8中的onCharacteristicRead函数

public void readCharacteristic(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {    if (mBluetoothAdapter == null || mBluetoothGatt == null) {        Log.w(TAG, "BluetoothAdapter not initialized");        return;    }    mBluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic);}

13：可写的UUID。下面函数参数为10中的gattWriteCharacteristic。writeCharacteristic调用成功会回调步骤8中的onCharacteristicWrite函数

public void wirteCharacteristic(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {    if (mBluetoothAdapter == null || mBluetoothGatt == null) {        Log.w(TAG, "BluetoothAdapter not initialized");        return;    }    mBluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic);}