安卓低功耗藍芽開發

阿新 • • 發佈：2019-02-10

近幾日做了些安卓低功耗藍芽的專案，主要是用了北歐半導體公司的板子。不過對於安卓上位機來說，是哪家公司的板子，差別並不是很大。
剛開始對藍芽不是很瞭解，找了NordicSemiconductor的Android-nRF-Toolbox和谷歌自己的sample 的程式碼研究了一番。
Nordic的程式碼較為龐大，內容也很豐富，包括了dfu升級服務，體溫服務，串列埠服務等等。而谷歌的相對要簡單些，僅僅讓使用者能夠看出藍芽發上來的資料，對於心率的服務還做了解析。兩者的共同點是將大部分的藍芽操作置於Service之中，而acticivty只需要繫結服務，並且註冊相應的廣播來接收各種資訊即可。
因此，我對藍芽的操作進行了一些小小的總結。只需要基於以下幾個基本功能，就可以完成一個簡單的藍芽操作過程。

一、藍芽的初始化

1.判斷安卓裝置是否支援ble

如果安卓裝置不支援ble的話，基本就沒得玩了。不過現在的安卓手機普遍都支援，按照官方文件的說法，如圖。
develop.android的截圖
只要是安卓4.3以上，即api18以上的裝置基本都支援ble。但是不排除有些安卓裝置是從4.3以下升級上來的，這些裝置可能就不能使用低功耗藍芽了，但是這種情況還是比較少的。儘管如此，我們還是可以用

public boolean isBLESupported() {
        boolean flag = true;
             if(!mContext.getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
            flag = false 
;
        }
        return flag;
    }

來判斷以下。

2.獲取本地藍芽介面卡

mBluetoothManager = (BluetoothManager)mContext.getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
            mBluetoothAdapter = mBluetoothManager.getAdapter();

只有在獲取本地藍芽介面卡之後才能進行相應的藍芽操作。

3.判斷藍芽是否已經開啟

儘管這不是必須的，但是有時候可能會使用到。

private boolean isBLEEnabled 
() {
        return mBluetoothAdapter != null && mBluetoothAdapter.isEnabled();
    }

4.開啟藍芽

開啟藍芽有兩種方式，一種是需要通過使用者同意才打開，另一種是不經過使用者，直接開啟。這兩種方式各有利弊。要根據情況來稍作判斷。

public void enableBle(boolean bShowDialog) {
        if (isBLESupported()){
            if (bShowDialog){
                //這種是需要彈出對話方塊讓使用者選擇是否開啟的
                final Intent enableIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
                mContext.startActivity(enableIntent);
            }else{
                //這種是不經過使用者，直接開啟
                mBluetoothAdapter.enable();
            }
        }else {
            Log.v(TAG,"ble is not support");
        }
    }

5.關閉藍芽

mBluetoothAdapter.disable();

關閉的程式碼較為簡單。

二、掃描裝置

掃描裝置是相當耗能的，通常情況下，在掃描裝置的時候不會進行其他有關藍芽的操作。按照官方文件，我們掃描的時候還應當設定一個掃描時間，免得手機一直再掃描，消耗電量。
這裡寫圖片描述
掃描裝置又有幾種方式，不同安卓系統之間的函式又有不同，5.0以上（含）的系統和5.0以下的系統，用的是不同的掃描函式，但是本質上差的不是很多，這裡只提供5.0以下的掃描函式，因為，即使是5.0以上的系統也還可以用5.0以下的函式進行掃描。

1.準備一個掃描回撥

為什麼要弄一個這種東西呢？這裡涉及到了java裡的一種回撥機制，簡單的說
比方說：有一天，我去麵包店買麵包，可是店員告訴我麵包賣完了，我留了個電話給他，讓他有面包的時候打電話通知我，我再過來買。這樣做的好處是，我可以先去幹別的事情而不用為了這點麵包苦苦等待。
運用到藍芽中就是，我開啟了掃描，在掃描的這段時間裡我可以先處理一些和藍芽有關或無關的事情。不會讓掃描這件事一直阻塞著我的程序。

private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =
            new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {

                @Override
                public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
                    //在這裡可以處理掃描到裝置的時候想要做的事情
                    //你可以傳送一個掃描到裝置的廣播，或者發個訊息，等等
                }
            };

2.掃描裝置

掃描呢，就得注意一個東西，就是掃描時間，我們可以弄一個延時函式Handler類的postDelayed並用上Runnable就可以達到延時效果，開啟掃描後延時一定的毫秒數停止掃描。
另外呢，掃描的時候可以指定相應的服務的uuid進行掃描，也可以不管三七二十一，只要是低功耗藍芽裝置都給掃了。只需要呼叫不同的startLeScan就可以。

public void scanLeDevice(UUID[] serviceUuids, long scanPeriod){
        // Stops scanning after a pre-defined scan period.
        if (isBLEEnabled()){
            mHandler.postDelayed(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    mScanning = false;
                    mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
                }
            }, scanPeriod);//scanPeriod是毫秒，也就是1秒 = 1000

            //mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);若呼叫這條函式，即可掃描全部ble裝置
            mBluetoothAdapter.startLeScan(serviceUuids, mLeScanCallback);

            //這裡我傳送了個開始掃描的廣播，可發可不發
            broadcastUpdate(BleBroadcastAction.ACTION_DEVICE_DISCOVERING);
        }
    }

3.停止掃描

停止掃描也比較簡單

mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);

三、連線裝置

準備一個BluetoothGattCallback——一個基於gatt服務的回撥
有是一個回撥，java中因為沒有函式指標，所以回撥通常會藉助介面或者抽象類來完成。這個回撥包含了幾個功能：
1. 接收手機與ble裝置連線狀態改變的訊號，對應函式onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
int newState)
2. 發現所連線的裝置具有的服務。對應函式onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status)
3. 讀取所連線服務對應的資料，對應函式onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic,
int status)
4. 得到資料改變的通知，並獲取改變的結果，對應函式onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic)
注意：這裡的涉及到一個藍芽連線後的順序問題，必須要先連線裝置，才能發現裝置相應的服務。發現服務後，必須要先連線服務，才能獲取服務對應的資料，和傳送給服務對應的資料。

private final BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() {
        @Override
        public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
            String intentAction;
            if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
                intentAction = BleBroadcastAction.ACTION_GATT_CONNECTED;
                mConnectionState = STATE_CONNECTED;
                broadcastUpdate(intentAction);
                Log.i(TAG, "Connected to GATT server.");
                // Attempts to discover services after successful connection.
                Log.i(TAG, "Attempting to start service discovery:" +
                        mBluetoothGatt.discoverServices());

            } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {
                intentAction = BleBroadcastAction.ACTION_GATT_DISCONNECTED;
                mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;
                Log.i(TAG, "Disconnected from GATT server.");
                broadcastUpdate(intentAction);
                close();
            }
        }

        @Override
        public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                broadcastUpdate(BleBroadcastAction.ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);
                connectCharacteristic(mCharacteristicUuidArr);
            } else {
                Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);
            }
        }

        @Override
        public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
                                         BluetoothGattCharacteristic characteristic,
                                         int status) {
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                broadcastUpdate(characteristic.getUuid().toString(), characteristic);
            }
        }

        @Override
        public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
                                            BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
            broadcastUpdate(characteristic.getUuid().toString(), characteristic);
        }
    };

這上面是谷歌的程式碼，我只做了略微修改。總的來說，只要呼叫了哪個回撥函式都可以發個廣播或者訊息，讓其他activity或者service去處理。

2.連線
連線ble裝置，第一次連線是比較簡單的，呼叫

final BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);//address是mac字串
mBluetoothGatt = device.connectGatt(mContext, false, mGattCallback);

即可開始連線。
但是這裡又涉及到一個比較隱晦坑爹的點，就再次連線同一個裝置的情況。我一開始在做這個部分的時候沒有注意到連線同一個裝置的情況。結果導致我待會斷開連線之後，裝置還是一直保持通訊。原因是安卓手機無法識別他們是同一個裝置，建立了新的連線，把裝置當做新裝置連線來處理。我後來斷開的裝置只是斷掉了安卓認為的新裝置。
這裡呢，可以先判斷是否連線過，如果連線過，可以呼叫connect();方法重新連線。

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;
            }
        }

但是，這麼做呢，經過試驗是有些缺陷的，連線時間會大大拉長。可以採取nordic的做法。

if (mConnected)
            return;

        if (mBluetoothGatt != null) {
            Logger.d(mLogSession, "gatt.close()");
            mBluetoothGatt.close();
            mBluetoothGatt = null;
        }

        final boolean autoConnect = shouldAutoConnect();
        mUserDisconnected = !autoConnect; // We will receive Linkloss events only when the device is connected with autoConnect=true
        Logger.v(mLogSession, "Connecting...");
        Logger.d(mLogSession, "gatt = device.connectGatt(autoConnect = " + autoConnect + ")");
        mBluetoothGatt = device.connectGatt(mContext, autoConnect, getGattCallback());

這樣做，可以加快連線速度。

3.獲取服務

連線完成後，需呼叫BluetoothGatt的discoverServices()函式去查詢當前連線的裝置所具有的服務，當安卓裝置發現所連線的裝置具有服務時，會呼叫我們剛才重寫的回撥函式onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status)。我們便可呼叫mBluetoothGatt.getServices()去獲取裝置擁有的服務。並進行操作，獲取他們的characteristic。

4.斷開連線

有連線，則有斷開連線。

public void disconnect() {
        if (mBluetoothAdapter == null || mBluetoothGatt == null) {
            Log.w(TAG, "BluetoothAdapter not initialized");
            return;
        }
        mConnectionState = STATE_DISCONNECTING;
        broadcastUpdate(BleBroadcastAction.ACTION_GATT_DISCONNECTING);
        mBluetoothGatt.disconnect();
    }

程式結束後呢，還得釋放資源，怎麼說呢像c++的delete或者c語言free那樣吧。呼叫BluetoothGatt的close函式，關閉一波
這裡寫圖片描述

public void close() {
    if (mBluetoothGatt == null) {
        return;
    }
    mBluetoothGatt.close();
    mBluetoothGatt = null;
}

四、資料收發

1.接收資料

收資料呢，安卓也是採取了回撥的方式，一收到資料，就立馬通知使用者進行處理，這樣做的好處呢，我們可以及時處理收到的資料，不會像stm32 串列埠處理資料一樣，即有可能因為定時器來不及處理，資料就被覆蓋。筆者寫微控制器的時候還是被坑了一波爹的。
當然，裝置那麼多個服務，我們也不是要全部接受資料，安卓也沒有那麼勤快，什麼資料都自動幫我們接收，想要接受什麼資料，我們得先通知他一聲。

private BluetoothGatt mBluetoothGatt;
BluetoothGattCharacteristic characteristic;
boolean enabled;
...
mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enabled);
...

呼叫setCharacteristicNotification(characteristic,enabled)通知安卓我要接收那個服務的資料，要接收就true,不接收就false。
這裡又涉及到了一個東西，就是characteristic。
characteristic可能更貼近服務的概念吧
這裡寫圖片描述
Service是characteristic的集合，也就是說Service更像是一個組名，不直接提供資料交換，而Descriptor是用來描述characteristic的，比方說描述某個characteristic是否可讀，是否可寫。（這裡有待考證，我還沒有親自試驗過）。所以使用者使用最多應該還是characteristic。基本上光使用characteristic就可以換成資料互動。
呼叫readCharacteristic可以讀取資料，並進入onCharacteristicRead的回撥中去，解析讀到的資料。

2.傳送資料

發資料呢，這是一個比較奇怪的方式，不像串列埠一樣，懟著哪個通道就把資料給丟出去，方便快捷。按說是需要獲取到你要寫資料的characteristic，然後呼叫setValue函式，把你想要發的資料寫進characteristic，然後再發出去。

private boolean writeCharacteristic(final BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
        final BluetoothGatt gatt = mBluetoothGatt;
        if (gatt == null || characteristic == null)
            return false;

        // Check characteristic property
        final int properties = characteristic.getProperties();
        if ((properties & (BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE | BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE_NO_RESPONSE)) == 0)
            return false;

        return gatt.writeCharacteristic(characteristic);
    }

    public boolean writeBle(byte[] data, UUID uuid) {
        BluetoothGattCharacteristic targetCharacteristic = null;
        for (BluetoothGattService bluetoothGattService : getSupportedGattServices()) {
            for (BluetoothGattCharacteristic bluetoothGattCharacteristic : bluetoothGattService.getCharacteristics()) {
                if (bluetoothGattCharacteristic.getUuid().toString().equals(uuid.toString())) {
                    targetCharacteristic = bluetoothGattCharacteristic;
                }
            }
        }
        if (targetCharacteristic == null){
            return false;
        }else {
            targetCharacteristic.setValue(data);
            return writeCharacteristic(targetCharacteristic);
        }
//        return writeCharacteristic()
    }

安卓低功耗藍芽開發

一、藍芽的初始化

二、掃描裝置

三、連線裝置

四、資料收發

安卓低功耗藍芽開發

Android BLE低功耗藍芽開發（上）關於GATT伺服器的理論與搭建

低功耗藍芽開發學習 0523

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二、掃描裝置

三、連線裝置

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