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Android BLE藍牙詳細解讀 - demo例子集

Android BLE藍牙詳細解讀

随着物聯網時代的到來，越來越多的智能硬體裝置開始流行起來，比如智能手環、心率檢測儀、以及各式各樣的智能家具和玩具類産品。安卓4.3(API 18)為BLE的核心功能提供平台支援和API，App可以利用它來發現裝置、查詢服務和讀寫特性。相比傳統的藍牙，BLE更顯著的特點是低功耗。本文主要講解Android低功耗藍牙的api使用以及藍牙掃描、連接配接、發送資料、接收資料等一系列操作，并主要介紹本人封裝的BleLib藍牙庫，非常适合藍牙初學者使用，隻需要一行代碼注入就OK了，而且用法也極其簡單，下面會專門講解BleLib庫的使用。

代碼位址如下：

http://www.demodashi.com/demo/15062.html

随着物聯網時代的到來，越來越多的智能硬體裝置開始流行起來，比如智能手環、心率檢測儀、以及各式各樣的智能家具和玩具類産品。安卓4.3(API 18)為BLE的核心功能提供平台支援和API，App可以利用它來發現裝置、查詢服務和讀寫特性。相比傳統的藍牙，BLE更顯著的特點是低功耗。本文主要講解Android低功耗藍牙的api使用以及藍牙掃描、連接配接、發送資料、接收資料等一系列操作，并主要介紹本人封裝的BleLib藍牙庫，非常适合藍牙初學者使用，隻需要一行代碼注入就OK了，而且用法也極其簡單，下面會專門講解BleLib庫的使用。

目錄

  • 原生API的詳細講解

  • BleLib庫的優點

  • 如何使用該庫

  • BleLib庫的詳細分析

廢話不說，先來看下Demo中的效果圖：

一、原生API的詳細講解

在BLE協定中，有兩個角色，周邊（Periphery）和中央（Central）；周邊是資料提供者，中央是資料使用/處理者，一個中央可以同時連接配接多個周邊，但是一個周邊某一時刻隻能連接配接一個中央。

首先使用藍牙就不得不說BluetoothGatt和BluetoothGattCallback這兩個類，該類繼承自BluetoothProfile，BluetoothGatt作為中央來使用和處理資料，通過BluetoothGatt可以連接配接裝置（connect）,發現服務（discoverServices），并把相應地屬性傳回到BluetoothGattCallback，BluetoothGattCallback傳回中央的狀态和周邊提供的資料。

1. 藍牙開發流程：

我們藍牙操作的主要目的就是為了拿到中央BluetoothGatt這個對象，進而進行接下來的所有一系列操作，如下：

1.先拿到BluetoothManager bluetoothManager 
        = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);

2.再拿到BluetoothAdapt btAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

3.開始掃描：btAdapter.startLeScan( BluetoothAdapter.LeScanCallback);

4.從LeScanCallback中得到BluetoothDevice 
public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {…..}

5.用BluetoothDevice得到BluetoothGatt：gatt = device.connectGatt(this, true, gattCallback);

這時總算拿到中央BluetoothGatt了，它有很多的方法，調用這些方法，你就可以通過BluetoothGattCallback和周邊BluetoothGattServer互動了。

2. 主要類的大緻了解：

  • BluetoothProfile： 一個通用的規範，按照這個規範來收發資料。
  • BluetoothManager：通過BluetoothManager來擷取BluetoothAdapter 
    如：BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
  • BluetoothAdapter：一個Android系統隻有一個BluetoothAdapter ，通過BluetoothManager 擷取 
    BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
  • BluetoothGattDescriptor：可以看成是描述符，對Characteristic的描述，包括範圍、計量機關等。
  • BluetoothGattService：服務，Characteristic的集合。
  • BluetoothGattCallback：已經連接配接上裝置，對裝置的某些操作後傳回的結果。這裡必須提醒下，已經連接配接上裝置後的才可以傳回，沒有傳回的認真看看有沒有連接配接上裝置。 
    private BluetoothGattCallback GattCallback = new BluetoothGattCallback() {

  // 這裡有9個要實作的方法，看情況要實作那些，用到那些就實作那些

  public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState){};

  public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, 
                      BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status){

                      };            

          };
 BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);

 BluetoothGatt gatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);

3. 上面所說的9個要實作的方法，所對應藍牙互動的主要對應關系：

(1) notification對應onCharacteristicChanged;

gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);

該方法一般是在發現服務後，進行設定的，設定該方法的目的是讓硬體在資料改變的時候，發送資料給app，app則通過onCharacteristicChanged方法回調給使用者，從參數中可擷取到回調回來的資料。

(2) readCharacteristic對應onCharacteristicRead;

gatt.readCharacteristic(characteristic);

(3) writeCharacteristic對應onCharacteristicWrite;

gatt.wirteCharacteristic(mCurrentcharacteristic);

(4) 連接配接藍牙或者斷開藍牙 對應 onConnectionStateChange;

bluetoothDevice.connectGatt(this, false, mGattCallback);
或
gatt.disconnect();(斷開連接配接後務必記得gatt.close();)

(5) readDescriptor對應onDescriptorRead;

gatt.readDescriptor(descriptor);

(6) writeDescriptor對應onDescriptorWrite;

gatt.writeDescriptor(descriptor);

(7) readRemoteRssi對應onReadRemoteRssi;

gatt.readRemoteRssi();

(8) executeReliableWrite對應onReliableWriteCompleted;

gatt.executeReliableWrite();

(9) discoverServices對應onServicesDiscovered

gatt.discoverServices();

開啟藍牙所具備的權限：

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>

如果 android.hardware.bluetooth_le設定為false,可以安裝在不支援的裝置上使用，判斷是否支援藍牙4.0用以下代碼就可以了，如：

if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
          Toast.makeText(this, “裝置不支援藍牙4.0”, Toast.LENGTH_SHORT).show();
          finish();
    }

對藍牙的啟動關閉操作：

1、利用系統預設開啟藍牙對話框

if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
    Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
  }

2、背景打開藍牙，不做任何提示，這個也可以用來自定義打開藍牙對話框啦

mBluetoothAdapter.enable();

3、背景關閉藍牙

mBluetoothAdapter.disable();

二、BleLib庫的優點

  • 最簡潔的植入（近乎一行代碼） 
private void initBle() {
    mBle = Ble.options()
            .setLogBleExceptions(true)//設定是否輸出列印藍牙日志（非正式打包請設定為true，以便于調試）
            .setThrowBleException(true)//設定是否抛出藍牙異常
            .setAutoConnect(true)//設定是否自動連接配接
            .setConnectFailedRetryCount(3)
            .setConnectTimeout(10 * 1000)//設定連接配接逾時時長（預設10*1000 ms）
            .setScanPeriod(12 * 1000)//設定掃描時長（預設10*1000 ms）
            .setUuid_service(UUID.fromString("0000fee9-0000-1000-8000-00805f9b34fb"))//主服務的uuid
            .setUuid_write_cha(UUID.fromString("d44bc439-abfd-45a2-b575-925416129600"))//可寫特征的uuid
            .create(getApplicationContext());
 }
  • 最大程度簡化了代碼量

有對比才有傷害，那就來看下原生api調用藍牙流程和該庫之間的對比：

例如掃描裝置

原生API寫法：

private void scanLeDevice(final boolean enable) {  
        if (enable) {  
        // 經過預定掃描期後停止掃描  
        mHandler.postDelayed(new Runnable() {  
            @Override  
            public void run() {  
                mScanning = false;  
                mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  
            }  
        }, SCAN_PERIOD);  
            mScanning = true;  
            mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);  
        } else {  
        mScanning = false;  
        mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  
        }  
        ...  
    }  
       
然後在mLeScanCallback的回調中拿到掃描結果：

    // Device scan callback.  
    private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =  
        new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {  
    @Override  
    public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,  
            byte[] scanRecord) {  
        runOnUiThread(new Runnable() {  
           @Override  
           public void run() {  
               ...
           }  
       });  
    }

BleLib中掃描的寫法：

mBle.startScan(scanCallback);
回調結果：
BleScanCallback<BleDevice> scanCallback = new BleScanCallback<BleDevice>() {
        @Override
        public void onLeScan(final BleDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
                ...
            }
        }
    };
  • 提供了獨一無二的OTA更新接口（即藍牙硬體進行更新更新的接口） 
這絕對是其他藍牙庫所沒有的，具體API請看下面的庫使用步驟

三、如何使用該庫

1. 初始化藍牙（動态授權藍牙操作權限、打開藍牙、判斷裝置是否支援藍牙等操作請看DEMO）

private void initBle() {
        mBle = Ble.options()
                .setLogBleExceptions(true)//設定是否輸出列印藍牙日志（非正式打包請設定為true，以便于調試）
                .setThrowBleException(true)//設定是否抛出藍牙異常
                .setAutoConnect(true)//設定是否自動連接配接
                .setConnectFailedRetryCount(3)//設定連接配接失敗的重試次數
                .setConnectTimeout(10 * 1000)//設定連接配接逾時時長（預設10*1000 ms）
                .setScanPeriod(12 * 1000)//設定掃描時長（預設10*1000 ms）
                .setUuid_service(UUID.fromString("0000fee9-0000-1000-8000-00805f9b34fb"))//主服務的uuid
                .setUuid_write_cha(UUID.fromString("d44bc439-abfd-45a2-b575-925416129600"))//可寫特征的uuid
                .create(getApplicationContext());
     }

2. 掃描周邊裝置

mBle.startScan(scanCallback);
//掃描回調
BleScanCallback<BleDevice> scanCallback = new BleScanCallback<BleDevice>() {
        @Override
        public void onLeScan(final BleDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
            ...
            //擷取到藍牙裝置對象，根據自身需求進行操作（庫中已進行相同裝置的過濾）
        }
    };

3.開始連接配接

mBle.connect(device, connectCallback);               
//連接配接回調
private BleConnCallback<BleDevice> connectCallback = new BleConnCallback<BleDevice>() {
        @Override
        public void onConnectionChanged(BleDevice device) {
            if (device.isConnected()) {
                //連接配接成功之後設定通知（切記，很重要）
                setNotify(device);
            }
            Log.e(TAG, "onConnectionChanged: " + device.isConnected());
        }

        @Override
        public void onConnectException(BleDevice device, int errorCode) {
            super.onConnectException(device, errorCode);
            Toast.makeText(BleActivity.this, "連接配接異常，異常狀态碼:" + errorCode, Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    };

連接配接異常狀态碼可參閱該項目的[wiki]

4.設定通知及回調

private void setNotify(BleDevice device) {
         /*連接配接成功後，設定通知*/
        mBle.startNotify(device, new BleNotiftCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onChanged(BleDevice device, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
                Log.e(TAG, "onChanged: 表示傳回硬體MCU發來的資料"+Arrays.toString(characteristic.getValue()));
            }

            @Override
            public void onReady(BleDevice device) {
                Log.e(TAG, "onReady: 表示一切準備就緒，可以進行讀寫(發送資料或者讀取資料)的标志");
            }

            @Override
            public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt) {
                Log.e(TAG, "onServicesDiscovered is success ");
            }

            @Override
            public void onNotifySuccess(BluetoothGatt gatt) {
                Log.e(TAG, "onNotifySuccess is success ");
            }
        });
    }

當收到onChanged(BluetoothGattCharacteristic characteristic)回調時,則說明藍牙裝置的資料發生改變了，通知程式作出改變。還有很多回調，他們對應的情況不懂得可以參考上面的原生API的詳細講解。

5.讀取遠端Rssi

mBle.readRssi(mBle.getConnetedDevices().get(0), new BleReadRssiCallback<BleDevice>() {
                    @Override
                    public void onReadRssiSuccess(int rssi) {
                        super.onReadRssiSuccess(rssi);
                        Log.e(TAG, "onReadRssiSuccess: " + rssi);
                        Toast.makeText(BleActivity.this, "onReadRssiSuccess:"+ rssi, Toast.LENGTH_SHORT).show();
                    }
                });

6.主動讀取資料

public void read(BleDevice device) {
        boolean result = mBle.read(device, new BleReadCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onReadSuccess(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
                super.onReadSuccess(characteristic);
                byte[] data = characteristic.getValue();
                Log.w(TAG, "onReadSuccess: " + Arrays.toString(data));
            }
        });
        if (!result) {
            Log.d(TAG, "讀取資料失敗!");
        }

7.寫入資料

boolean result = mBle.write(device, changeLevelInner(), new BleWriteCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onWriteSuccess(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
                Toast.makeText(BleActivity.this, "發送資料成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
        });
        if (!result) {
            Log.e(TAG, "changeLevelInner: " + "發送資料失敗!");
        }

8.發送大資料包（如：檔案等）

try {
        //擷取整個檔案的總位元組
        byte[]data = toByteArray(getAssets().open("WhiteChristmas.bin"));
        //發送大資料量的包(參數請查閱Demo Code)
        mBle.writeEntity(mBle.getConnetedDevices().get(0), data, 20, 50, new BleWriteEntityCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onWriteSuccess() {
                L.e("writeEntity", "onWriteSuccess");
            }

            @Override
            public void onWriteFailed() {
                L.e("writeEntity", "onWriteFailed");
            }
        });
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }

9.設定MTU(BLE4.2)

if(Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP){
        //此處第二個參數  不是特定的   比如你也可以設定500   但是如果裝置不支援500個位元組則會傳回最大支援數
        mBle.setMTU(mBle.getConnetedDevices().get(0).getBleAddress(), 250, new BleMtuCallback<BleDevice>() {
            @Override
            public void onMtuChanged(BleDevice device, int mtu, int status) {
                super.onMtuChanged(device, mtu, status);
                ToastUtil.showToast("最大支援MTU："+mtu);
            }
        });
    }else {
        ToastUtil.showToast("裝置不支援MTU");
    }

10.OTA更新

//找到你需要更新檔案的路徑(一般情況都是儲存再伺服器上，一旦有更新會自動提示，然後APP下載下傳并儲存到本地，生成對應的file對象)
File file = new File(...);
//讀寫SD卡權限，此處略（6.0及以上需添加)
OtaManager mOtaManager = new OtaManager(BleActivity.this);
boolean result = mOtaManager.startOtaUpdate(file, (BleDevice) mBle.getConnetedDevices().get(0), mBle);
Log.e("OTA更新結果:", result + "");

四、BleLib庫封裝的詳細分析

分析之前先來張BleLib庫API的結構圖供大家參考（下圖是1.x庫的結構，API名稱部分與目前有點不同）：

1、我們先來看一下該庫的結構，以及每個類的作用。如下圖：

Ble：

該類提供了幾乎所有你需要用到的方法，包括藍牙掃描、連接配接、斷開、藍牙目前連接配接狀态等等，管理了藍牙操作的所有接口和方法。

BleDevice：

該類的主要是來描述并記錄藍牙的屬性和狀态，如記錄藍牙名稱、藍牙MAC位址、藍牙别名（即修改之後的名稱）、藍牙連接配接狀态等。

BleStatus：

該類是藍牙狀态類，定義了藍牙掃描、連接配接、通知使能、發送、接收等狀态的常量值（連接配接異常等狀态碼可參考該類）

BluetoothLeService：

該類是最重要的一個核心藍牙處理類，主要是藍牙操作中用到的各個方法的實作類，是整個藍牙的核心功能實作，Ble是對外提供所有藍牙操作接口的管理類。

在此要注意一些細節，比如大多數裝置掃描的時候會重複掃描到相同藍牙裝置，必須要進行過濾，開發應用時，必須還要進行産品過濾，比如通過裝置的廣播包過濾，或者通過裝置名過濾都是可以的，如下（注意：要根據自己産品提供的廣播包進行過濾，下圖是我們自己産品的）：

/**
 * Verify the product broadcast parameters
 * @param data Parameter data
 * @return Whether the match
 */
public static boolean matchProduct(byte[] data) {
    if (data == null || data.length <= 0) {
        return false;
    }
    int i = 0;
    do {
        // Read packet size
        int len = data[i++] & 0xff;
        if (len > 0) {
            // Read packet data
            byte[] d = new byte[len];
            int j = 0;
            do {
                d[j++] = data[i++];
            } while (j < len);
            // Authentication Type and Length
            if (d.length > BROADCAST_SPECIFIC_PRODUCT.length && (d[0] & 0xFF) == BLE_GAP_AD_TYPE_MANUFACTURER_SPECIFIC_DATA) {
                // Matching product parameters
                boolean passed = true;
                for (int x = 0; x < BROADCAST_SPECIFIC_PRODUCT.length; x++) {
                    passed = passed && d[x + 1] == BROADCAST_SPECIFIC_PRODUCT[x];
                }
                //Match successful
                if (passed) {
                    return true;
                }
            }
        }

    } while (i < data.length);
    return false;
}

OK，要注意的細節問題已經介紹的差不多了，如果感興趣的朋友可以去應用該庫到自己的項目中。

Android BLE藍牙詳細解讀

代碼位址如下：

http://www.demodashi.com/demo/15062.html

注：本文著作權歸作者，由demo大師代發，拒絕轉載，轉載需要作者授權
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