基于Android 5.x的低功耗蓝牙BLE开发简介

发表于

前言

蓝牙4.0分为标准蓝牙和低功耗蓝牙（BLE），标准蓝牙就是手机上用的那种，低功能耗蓝牙由于其具有最大化的待机时间、快速连接和低峰值的发送和接收特性，被广泛用于智能手表、智能手环等可穿戴设备上。在安卓4.3之前，安卓平台上的BLE开发相当难搞，好在谷歌在4.3之后发布了官方的API。在安卓5.0之后又引入了新的API，原来的API已经被废弃。在新的系统里采用旧API开发的APP仍可使用，但采用新API开发的APP只能在LOLLIPOP即安卓5.0及其以后的版本使用。

标准蓝牙的的开发和BLE不同。标准蓝牙连接里有两个角色一个是客户端一个是服务器，当客户端搜索到蓝牙服务器后并与之配对后，才能通过UUID（这个是唯一的，服务器端必须与客户端一致）建立socket，然后使用流像文件读写和网络通信那样传输数据就行了。在BLE里，变成了中心设备（central）和外围设备（peripheral），中心设备就是你的手机，外围设备就是智能手环一类的东西。开发BLE的应用都得遵守Generic Attribute Profile (GATT)，一个BLE蓝牙设备包含多个service，每个service又包含多个characteristic。每个characteristic有一个value和多个descriptor，通过characteristic中心设备与外围设备进行通信。descriptor顾名思义，包含了BLE设备的一些信息。不同service、characteristic和descriptor都有各自己唯一的UUID。想要跟BLE设备通信，首先通过UUID获取目标服务，然后再通过UUID获取characteristic，charateristic起着载体的作用，通过writeCharacteristic()和readCharacteristic()，可以写入和读出信息。每个characteristic都有一些自己的属性，其中在property里，说明了该characteristic的属性，例如READ|WRITE|WRITE_NO_RESPONSE|NOTIFY。

以下是关键代码：

修改AndroidManifest.xml

在AndroidManifest.xml里加入

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<uses-feature android:name="android.bluetooth.le" android:required="true"/> //Android 5.0之前是android.hardware.bluetooth_le
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>

使用新API时，最好在调用方法前判断下系统版本，否则会在低版本系统里运行出错。
if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
　　…
}

获取BluetoothAdapter，初始化蓝牙

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BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(BLUETOOTH_SERVICE);//这里与标准蓝牙略有不同
BluetoothAdapter bluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
　　/*隐式打开蓝牙*/
　　if (!bluetoothAdapter.isEnabled()) {
　　　　bluetoothAdapter.enable();
　　}

搜索蓝牙设备

获取BluetoothLeScanner通过startScan()方法扫描周围的BLE设备。当搜索到目标设备或者搜索一定时间后通过BluetoothScanner的stopScan()方法停止搜索。　

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BluetoothLeScanner scanner = bluetoothAdapter.getBluetoothLeScanner();
scanner.startScan(leCallback);

leCallback是一个回调函数，通过onScanResult()把每次搜索到的设备添加到本地。leCallback还
有一个方法onBatchScanResults(),按理说应该是批量处理搜索到的结果，但是不知道为什么在我这
里无法调用。　　

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leCallback = new ScanCallback() {
                @Override
                public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) {
                    super.onScanResult(callbackType, result);
                    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
                        BluetoothDevice device = result.getDevice();
                        if (!devices.contains(device)) {  //判断是否已经添加
                            devices.add(device);
                        }
                        deviceAdapter.notifyDataSetChanged();
                    }
                }
                @Override
                public void onScanFailed(int errorCode) {
                    super.onScanFailed(errorCode);
                    Log.e("搜索失败");
                }
            };

连接目标设备

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BluetoothGatt bluetoothGatt = device.connectGatt(MainActivity.this, false, new BluetoothGattCallback() {
                @Override
                public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
                    if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {   
                        gatt.discoverServices();　　　　　　　　　　//连接成功，开始搜索服务，一定要调用此方法，否则获取不到服务
                    }
                }
                @Override
                public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
                      Log.e(TAG,gatt.getDevice().getName() + " write successfully");
                }
                @Override
                public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
                    　　String value = UtilOnStr.parseBytesToHexString(characteristic.getValue());
                        Log.e(TAG,gatt.getDevice().getName() + " recieved " + value);
                }
　　　　　　　　@Override
    　　　　　　public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
       　　　　　　 　　String response = UtilOnStr.parseBytesToHexString(characteristic.getValue());
　　　　　　　　　　　　　Log.e(TAG,  "The response is "+ response); 
        　　　　}
});

写入和读取数据

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BluetoothGattService service = bluetoothGatt.getService(SERVICE_UUID);
if(service != null) {
　　characteristic = service.getCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID);
　　if (characteristic !=null) {    
　　　　bluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);  //设置characteristic的通知，触发bluetoothGatt.onCharacteristicWrite()事件。
        characteristic.setValue(UtilOnStr.parseHexStringToBytes(value));
        bluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic);  
    }
}

  • 当连接上BLE设备后，调用discoveryServices()发现服务，通过SERVICE_UUID获取目标service，如果service不为空，再通过CHARACTERISTIC_UUID获取characteristic，借助characteristic写入指定值与BLE设备进行通信。这里要注意的是characteristic接收的是一个byte数组，而且读写的方法都是异步的。调用bluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic)可读取BLE设备返回的值。bluetoothGatt的writeCharacteristic()方法会触发BluetoothGattCallback里的onCharacteristicWrite(),相应的，bluetoothGatt的readCharacteristic()方法会触发onCharacteristicRead()。

  • 对中心设备与外围设备的传输数据的处理发生在onCharacteristicChanged()里，当characteristic写入了正确的数值后，会激活BLE设备，不时地返回数据。

当不知道BLE设备的service和characteristic的对应的UUID时，可以在回调函数里的onServicesDiscovered()方法里，通过BluetoothGatt的getServices()获得该设备所有的service，然后再调用service的getUuid()得到其UUID，同理通过service的getCharacteristics()可以得到每个service所有的characteristic和其UUID。然后一个个不厌其烦的尝试，找到正确的service和characteristic(我就是这样干的)。

总结

由于网上关于Android 5.x 低功耗蓝牙 BLE开发的资料不是很多，我才下决心写这篇文章的，希望能对做相关开发的人有一点儿帮助。

最后附上Github上的源码: BluetoothTest