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ym——物联网入口之一Android蓝牙4.0_ym入口

作者：从前慢现在也慢 | 2024-05-15 16:21:51

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ym入口

转载请注明本文出自Cym的博客（http://blog.csdn.net/cym492224103），谢谢支持！


如果还有同学不知道蓝牙4.0可以做什么请查看Android+蓝牙 4.0 将带来什么？，现在可以穿戴设备也大多用的是蓝牙4.0，如 智能体质秤，智能手环，智能血压计等等。

原文地址：http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html

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。这一优点使android App可以与具有低功耗要求的BLE设备通信，如近距离传感器、心脏速率监视器、健身设备等。

关键术语和概念

  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 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。

角色和责任

以下是Android设备与BLE设备交互时的角色和责任：

  • 中央 VS 外围设备。 适用于BLE连接本身。中央设备扫描，寻找广播；外围设备发出广播。
  • GATT 服务端 VS GATT 客户端。决定了两个设备在建立连接后如何互相交流。

为了方便理解，想象你有一个Android手机和一个用于活动跟踪BLE设备，手机支持中央角色，活动跟踪器支持外围（为了建立BLE连接你需要注意两件事，只支持外围设备的两方或者只支持中央设备的两方不能互相通信）。

当手机和运动追踪器建立连接后，他们开始向另一方传输GATT数据。哪一方作为服务器取决于他们传输数据的种类。例如，如果运动追踪器想向手机报告传感器数据，运动追踪器是服务端。如果运动追踪器更新来自手机的数据，手机会作为服务端。

在这份文档的例子中，android app(运行在android设备上）作为GATT客户端。app从gatt服务端获得数据，gatt服务端即支持Heart Rate Profile(心率配置）的BLE心率监测仪。但是你可以自己设计android app去扮演GATT服务端角色。更多信息见BluetoothGattServer。

BLE权限

为了在app中使用蓝牙功能，必须声明蓝牙权限BLUETOOTH。利用这个权限去执行蓝牙通信，例如请求连接、接受连接、和传输数据。

如果想让你的app启动设备发现或操纵蓝牙设置，必须声明BLUETOOTH_ADMIN权限。注意：如果你使用BLUETOOTH_ADMIN权限，你也必须声明BLUETOOTH权限。

在你的app manifest文件中声明蓝牙权限。

  1. <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
  2. <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：

  1. 	
  2. <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。

<span style="font-size:14px;font-weight: normal;">// 使用此检查确定BLE是否支持在设备上，然后你可以有选择性禁用BLE相关的功能
if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
    Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();
    finish();
}</span>

设置BLE

你的app能与BLE通信之前，你需要确认设备是否支持BLE，如果支持，确认已经启用。注意如果<uses-feature.../>设置为false，这个检查才是必需的。

如果不支持BLE，那么你应该适当地禁用部分BLE功能。如果支持BLE但被禁用，你可以无需离开应用程序而要求用户启动蓝牙。使用BluetoothAdapter两步完成该设置。

  1. 获取 BluetoothAdapter

    所有的蓝牙活动都需要蓝牙适配器。BluetoothAdapter代表设备本身的蓝牙适配器(蓝牙无线）。整个系统只有一个蓝牙适配器，而且你的app使用它与系统交互。下面的代码片段显示了如何得到适配器。注意该方法使用getSystemService（）]返回BluetoothManager，然后将其用于获取适配器的一个实例。Android 4.3（API 18）引入BluetoothManager。

  1. // 初始化蓝牙适配器
  2. final BluetoothManager bluetoothManager =
  3.         (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
  4. mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

  1. 开启蓝牙

    接下来，你需要确认蓝牙是否开启。调用isEnabled())去检测蓝牙当前是否开启。如果该方法返回false,蓝牙被禁用。下面的代码检查蓝牙是否开启，如果没有开启，将显示错误提示用户去设置开启蓝牙。

  1. // 确保蓝牙在设备上可以开启
  2. if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
  3.    Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
  4.    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
  5. }

发现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。

下面代码显示了如何开始和停止一个扫描：

  1. /**
  2.  * 扫描和显示可以提供的蓝牙设备.
  3.  */
  4. public class DeviceScanActivity extends ListActivity {
  5.     private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
  6.     private boolean mScanning;
  7.     private Handler mHandler;
  8.     // 10秒后停止寻找.
  9.     private static final long SCAN_PERIOD = 10000;
  10.     ...
  11.     private void scanLeDevice(final boolean enable) {
  12.         if (enable) {
  13.             // 经过预定扫描期后停止扫描
  14.             mHandler.postDelayed(new Runnable() {
  15.                 @Override
  16.                 public void run() {
  17.                     mScanning = false;
  18.                     mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
  19.                 }
  20.             }, SCAN_PERIOD);
  21.             mScanning = true;
  22.             mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);
  23.         } else {
  24.             mScanning = false;
  25.             mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
  26.         }
  27.         ...
  28.     }
  29. ...
  30. }

作为BLE扫描结果的接口，下面是BluetoothAdapter.LeScanCallback的实现。如果你只想扫描指定类型的外围设备，可以改为调用startLeScan(UUID[], BluetoothAdapter.LeScanCallback)),需要提供你的app支持的GATT services的UUID对象数组。

  1. private LeDeviceListAdapter mLeDeviceListAdapter;
  2. ...
  3. // Device scan callback.
  4. private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =
  5.         new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
  6.     @Override
  7.     public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,
  8.             byte[] scanRecord) {
  9.         runOnUiThread(new Runnable() {
  10.            @Override
  11.            public void run() {
  12.                mLeDeviceListAdapter.addDevice(device);
  13.                mLeDeviceListAdapter.notifyDataSetChanged();
  14.            }
  15.        });
  16.    }
  17. };

连接到GATT服务端注意：只能扫描BLE设备或者扫描传统蓝牙设备，不能同时扫描BLE和传统蓝牙设备。

与一个BLE设备交互的第一步就是连接它——更具体的，连接到BLE设备上的GATT服务端。为了连接到BLE设备上的GATT服务端，需要使用connectGatt( )方法。这个方法需要三个参数：一个Context对象，自动连接（boolean值,表示只要BLE设备可用是否自动连接到它），和BluetoothGattCallback调用。

mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);

在这个例子中，这个BLE APP提供了一个activity（DeviceControlActivity)来连接，显示数据，显示该设备支持的GATT services和characteristics。根据用户的输入，这个activity与BluetoothLeService通信，通过Android BLE API实现与BLE设备交互。连接到GATT服务端时，由BLE设备做主机，并返回一个BluetoothGatt实例，然后你可以使用这个实例来进行GATT客户端操作。请求方（Android app)是GATT客户端。BluetoothGattCallback用于传递结果给用户，例如连接状态，以及任何进一步GATT客户端操作。

  1. //通过BLE API服务端与BLE设备交互
  2. public class BluetoothLeService extends Service {
  3.     private final static String TAG = BluetoothLeService.class.getSimpleName();
  4.     private BluetoothManager mBluetoothManager; //蓝牙管理器
  5.     private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter; //蓝牙适配器
  6.     private String mBluetoothDeviceAddress; //蓝牙设备地址
  7.     private BluetoothGatt mBluetoothGatt; 
  8.     private int mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;
  9.     private static final int STATE_DISCONNECTED = 0; //设备无法连接
  10.     private static final int STATE_CONNECTING = 1;  //设备正在连接状态
  11.     private static final int STATE_CONNECTED = 2;   //设备连接完毕
  12.     public final static String ACTION_GATT_CONNECTED =
  13.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_CONNECTED";
  14.     public final static String ACTION_GATT_DISCONNECTED =
  15.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_DISCONNECTED";
  16.     public final static String ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED =
  17.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED";
  18.     public final static String ACTION_DATA_AVAILABLE =
  19.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_DATA_AVAILABLE";
  20.     public final static String EXTRA_DATA =
  21.             "com.example.bluetooth.le.EXTRA_DATA";
  22.     public final static UUID UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT =
  23.             UUID.fromString(SampleGattAttributes.HEART_RATE_MEASUREMENT);
  24.     //通过BLE API的不同类型的回调方法
  25.     private final BluetoothGattCallback mGattCallback =
  26.             new BluetoothGattCallback() {
  27.         @Override
  28.         public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
  29.                 int newState) {//当连接状态发生改变
  30.             String intentAction;
  31.             if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {//当蓝牙设备已经连接
  32.                 intentAction = ACTION_GATT_CONNECTED;
  33.                 mConnectionState = STATE_CONNECTED;
  34.                 broadcastUpdate(intentAction);
  35.                 Log.i(TAG, "Connected to GATT server.");
  36.                 Log.i(TAG, "Attempting to start service discovery:" +
  37.                         mBluetoothGatt.discoverServices());
  38.             } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {//当设备无法连接
  39.                 intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED;
  40.                 mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;
  41.                 Log.i(TAG, "Disconnected from GATT server.");
  42.                 broadcastUpdate(intentAction);
  43.             }
  44.         }
  45.         @Override
  46.         // 发现新服务端
  47.         public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
  48.             if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
  49.                 broadcastUpdate(ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);
  50.             } else {
  51.                 Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);
  52.             }
  53.         }
  54.         @Override
  55.         // 读写特性
  56.         public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
  57.                 BluetoothGattCharacteristic characteristic,
  58.                 int status) {
  59.             if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
  60.                 broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);
  61.             }
  62.         }
  63.      ...
  64.     };
  65. ...
  66. }

当一个特定的回调被触发的时候，它会调用相应的broadcastUpdate()辅助方法并且传递给它一个action。注意在该部分中的数据解析按照蓝牙心率测量配置文件规格进行。

  1. private void broadcastUpdate(final String action) {
  2.     final Intent intent = new Intent(action);
  3.     sendBroadcast(intent);
  4. }
  5. private void broadcastUpdate(final String action,
  6.                              final BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
  7.     final Intent intent = new Intent(action);
  8.     // 这是心率测量配置文件。
  9.     if (UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT.equals(characteristic.getUuid())) {
  10.         int flag = characteristic.getProperties();
  11.         int format = -1;
  12.         if ((flag & 0x01) != 0) {
  13.             format = BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT16;
  14.             Log.d(TAG, "Heart rate format UINT16.");
  15.         } else {
  16.             format = BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8;
  17.             Log.d(TAG, "Heart rate format UINT8.");
  18.         }
  19.         final int heartRate = characteristic.getIntValue(format, 1);
  20.         Log.d(TAG, String.format("Received heart rate: %d", heartRate));
  21.         intent.putExtra(EXTRA_DATA, String.valueOf(heartRate));
  22.     } else {
  23.         // 对于所有其他的配置文件，用十六进制格式写数据
  24.         final byte[] data = characteristic.getValue();
  25.         if (data != null && data.length > 0) {
  26.             final StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(data.length);
  27.             for(byte byteChar : data)
  28.                 stringBuilder.append(String.format("%02X ", byteChar));
  29.             intent.putExtra(EXTRA_DATA, new String(data) + "\n" +
  30.                     stringBuilder.toString());
  31.         }
  32.     }
  33.     sendBroadcast(intent);
  34. }

返回DeviceControlActivity, 这些事件由一个BroadcastReceiver来处理:

  1. // 通过服务控制不同的事件
  2. // ACTION_GATT_CONNECTED: 连接到GATT服务端
  3. // ACTION_GATT_DISCONNECTED: 未连接GATT服务端.
  4. // ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED: 未发现GATT服务.
  5. // ACTION_DATA_AVAILABLE: 接受来自设备的数据，可以通过读或通知操作获得。
  6. private final BroadcastReceiver mGattUpdateReceiver = new BroadcastReceiver() {
  7.     @Override
  8.     public void onReceive(Context context, Intent intent) {
  9.         final String action = intent.getAction();
  10.         if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_CONNECTED.equals(action)) {
  11.             mConnected = true;
  12.             updateConnectionState(R.string.connected);
  13.             invalidateOptionsMenu();
  14.         } else if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_DISCONNECTED.equals(action)) {
  15.             mConnected = false;
  16.             updateConnectionState(R.string.disconnected);
  17.             invalidateOptionsMenu();
  18.             clearUI();
  19.         } else if (BluetoothLeService.
  20.                 ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED.equals(action)) {
  21.             // 在用户接口上展示所有的services and characteristics
  22.             displayGattServices(mBluetoothLeService.getSupportedGattServices());
  23.         } else if (BluetoothLeService.ACTION_DATA_AVAILABLE.equals(action)) {
  24.             displayData(intent.getStringExtra(BluetoothLeService.EXTRA_DATA));
  25.         }
  26.     }
  27. };

读取BLE变量

你的android app完成与GATT服务端连接和发现services后，就可以读写支持的属性。例如，这段代码通过服务端的services和 characteristics迭代，并且将它们显示在UI上。

  1. public class DeviceControlActivity extends Activity {
  2.     ...
  3.     // 演示如何遍历支持GATT Services/Characteristics
  4.     // 这个例子中，我们填充绑定到UI的ExpandableListView上的数据结构
  5.     private void displayGattServices(List<BluetoothGattService> gattServices) {
  6.         if (gattServices == null) return;
  7.         String uuid = null;
  8.         String unknownServiceString = getResources().
  9.                 getString(R.string.unknown_service);
  10.         String unknownCharaString = getResources().
  11.                 getString(R.string.unknown_characteristic);
  12.         ArrayList<HashMap<String, String>> gattServiceData =
  13.                 new ArrayList<HashMap<String, String>>();
  14.         ArrayList<ArrayList<HashMap<String, String>>> gattCharacteristicData
  15.                 = new ArrayList<ArrayList<HashMap<String, String>>>();
  16.         mGattCharacteristics =
  17.                 new ArrayList<ArrayList<BluetoothGattCharacteristic>>();
  18.         // 循环可用的GATT Services.
  19.         for (BluetoothGattService gattService : gattServices) {
  20.             HashMap<String, String> currentServiceData =
  21.                     new HashMap<String, String>();
  22.             uuid = gattService.getUuid().toString();
  23.             currentServiceData.put(
  24.                     LIST_NAME, SampleGattAttributes.
  25.                             lookup(uuid, unknownServiceString));
  26.             currentServiceData.put(LIST_UUID, uuid);
  27.             gattServiceData.add(currentServiceData);
  28.             ArrayList<HashMap<String, String>> gattCharacteristicGroupData =
  29.                     new ArrayList<HashMap<String, String>>();
  30.             List<BluetoothGattCharacteristic> gattCharacteristics =
  31.                     gattService.getCharacteristics();
  32.             ArrayList<BluetoothGattCharacteristic> charas =
  33.                     new ArrayList<BluetoothGattCharacteristic>();
  34.            // 循环可用的Characteristics.
  35.             for (BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic :
  36.                     gattCharacteristics) {
  37.                 charas.add(gattCharacteristic);
  38.                 HashMap<String, String> currentCharaData =
  39.                         new HashMap<String, String>();
  40.                 uuid = gattCharacteristic.getUuid().toString();
  41.                 currentCharaData.put(
  42.                         LIST_NAME, SampleGattAttributes.lookup(uuid,
  43.                                 unknownCharaString));
  44.                 currentCharaData.put(LIST_UUID, uuid);
  45.                 gattCharacteristicGroupData.add(currentCharaData);
  46.             }
  47.             mGattCharacteristics.add(charas);
  48.             gattCharacteristicData.add(gattCharacteristicGroupData);
  49.          }
  50.     ...
  51.     }
  52. ...
  53. }


接收GATT通知

当设备上的特性改变时会通知BLE应用程序。这段代码显示了如何使用setCharacteristicNotification( )给一个特性设置通知。

  1. private BluetoothGatt mBluetoothGatt;
  2. BluetoothGattCharacteristic characteristic;
  3. boolean enabled;
  4. ...
  5. mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enabled);
  6. ...
  7. BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(
  8.         UUID.fromString(SampleGattAttributes.CLIENT_CHARACTERISTIC_CONFIG));
  9. descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
  10. mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);

如果对一个特性启用通知,当远程蓝牙设备特性发送变化，回调函数onCharacteristicChanged( ))被触发。

  1. @Override
  2. // 广播更新
  3. public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
  4.         BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
  5.     broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);
  6. }

关闭客户端App

当你的app完成BLE设备的使用后，应该调用close( ))，系统可以合理释放占用资源。

  1. public void close() {
  2.     if (mBluetoothGatt == null) {
  3.         return;
  4.     }
  5.     mBluetoothGatt.close();
  6.     mBluetoothGatt = null;
  7. }


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