Android使用BLE(低功耗蓝牙,Bluetooth Low Energy)
2016-10-16 09:56
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背景
在学习BLE的过程中,积累了一些心得的DEMO,放到Github,形成本文。感兴趣的同学可以下载到源代码。github: https://github.com/vir56k/bluetoothDemo
什么是BLE(低功耗蓝牙)
BLE(Bluetooth Low Energy,低功耗蓝牙)是对传统蓝牙BR/EDR技术的补充。尽管BLE和传统蓝牙都称之为蓝牙标准,且共享射频,但是,BLE是一个完全不一样的技术。
BLE不具备和传统蓝牙BR/EDR的兼容性。它是专为小数据率、离散传输的应用而设计的。
通信距离上也有改变,传统蓝牙的传输距离几十米到几百米不等,BLE则规定为100米。
低功耗蓝牙特点
功耗低连接更快,无需配对
*异步通讯
常见两种蓝牙模式
普通蓝牙连接(2.0)BLE(蓝牙4.0)
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
设备对BLE的支持
分为两种情况* 目标设备是否支持BLE
* Android手机是否支持BLE
目标设备是否支持要看具体目标设备的情况,请参考硬件提供商和说明书。
一般情况下Android4.3以后的手机具有蓝牙模块的话都会支持BLE,具体可以再代码中判断。
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。
<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"/>
代码中判断手机是否支持BLE特性:
// 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(); }
在Android中使用BLE
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。//使用getSystemService()返回BluetoothManager,然后将其用于获取适配器的一个实例。 // 初始化蓝牙适配器 final BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE); mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
2.开启蓝牙
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// 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); }
3.搜索蓝牙设备
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。
public void cancelDiscovery() { if(isDiscovering) { isDiscovering = false; mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback); } } public boolean isDiscovering() { return isDiscovering; } public void startDiscovery() { mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback); isDiscovering = true; mHandler.postDelayed(new Runnable() { @Override public void run() { cancelDiscovery(); if (getCallback() != null) getCallback().onDiscoveryComplete(); } }, SCAN_PERIOD); } private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() { @Override public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) { if (getCallback() != null) getCallback().onDeviceFound(device); } };
GATT连接
搜索结束后,我们可得到一个搜索结果 BluetoothDevice ,它表示搜到的蓝牙设备1.调用
mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);
可以建立一个GATT连接,它需要一个 回调mGattCallback 参数。
2.在回调方法的 onConnectionStateChange 中,我们可以通过 status 判断是否GATT连接成功
3.在GATT连接建立成功后,我们调用 mBluetoothGatt.discoverServices() 方法 发现GATT服务。
如果搜到服务将会触发onServicesDiscovered回调
// Implements callback methods for GATT events that the app cares about. For example, // connection change and services discovered. private final BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() { @Override public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) { if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) { Log.e(TAG, "Connected to GATT server."); // Attempts to discover services after successful connection. Log.e(TAG, "Attempting to start service discovery:" + mBluetoothGatt.discoverServices()); } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) { Log.e(TAG, "Disconnected from GATT server."); setState(ConnectionState.STATE_NONE); if (getConnectionCallback() != null) getConnectionCallback().onConnectionLost(); } } @Override public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) { if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) { Log.e(TAG, "onServicesDiscovered received: SUCCESS"); initCharacteristic(); try { Thread.sleep(200);//延迟发送,否则第一次消息会不成功 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } if (getConnectionCallback() != null) getConnectionCallback().onConnected(mBluetoothDevice.getName()); setState(ConnectionState.STATE_CONNECTED); } else { Log.e(TAG, "onServicesDiscovered error falure " + status); setState(ConnectionState.STATE_NONE); if (getConnectionCallback() != null) getConnectionCallback().onConnectionLost(); } } @Override public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) { super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status); Log.e(TAG, "onCharacteristicWrite status: " + status); } @Override public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) { super.onDescriptorWrite(gatt, descriptor, status); Log.e(TAG, "onDescriptorWrite status: " + status); } @Override public void onDescriptorRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) { super.onDescriptorRead(gatt, descriptor, status); Log.e(TAG, "onDescriptorRead status: " + status); } @Override public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) { Log.e(TAG, "onCharacteristicRead status: " + status); } @Override public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) { Log.e(TAG, "onCharacteristicChanged characteristic: " + characteristic); readCharacteristic(characteristic); } };
发现服务 (触发onServicesDiscovered)
在发现服务后,会触发 GATT回调的onServicesDiscovered 方法,我们需要在这里初始化我们的操作,包括:1 查看服务。或者便利查找指定的(和目标硬件UUID符合的)服务。
2 获得指定服务的特征 characteristic1
3 订阅“特征”发生变化的通知”
public void initCharacteristic() { if (mBluetoothGatt == null) throw new NullPointerException(); List<BluetoothGattService> services = mBluetoothGatt.getServices(); Log.e(TAG, services.toString()); BluetoothGattService service = mBluetoothGatt.getService(uuidServer); characteristic1 = service.getCharacteristic(uuidChar1); characteristic2 = service.getCharacteristic(uuidChar2); final String uuid = "00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb"; if (mBluetoothGatt == null) throw new NullPointerException(); mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic1, true); BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic1.getDescriptor(UUID.fromString(uuid)); descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE); mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor); }
订阅“特征”发生变化的通知”
调用 mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification() 方法,传入一个特征 characteristic 对象。当这个特征里的数据发生变化(接收到数据了),会触发 回调方法的 onCharacteristicChanged 方法。我们在这个回调方法中读取数据。
final String uuid = "00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb"; if (mBluetoothGatt == null) throw new NullPointerException(); mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic1, true); BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic1.getDescriptor(UUID.fromString(uuid)); descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE); mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);
读取数据
GATT的回调中有 onCharacteristicChanged 方法,我们在这里可以获得接收的数据@Override public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) { Log.e(TAG, "onCharacteristicChanged characteristic: " + characteristic); readCharacteristic(characteristic); }
调用 characteristic.getValue() 方法,获得字节
public void readCharacteristic(BluetoothGattCharacteristic characteristic) { if (mBluetoothAdapter == null || mBluetoothGatt == null) { Log.e(TAG, "BluetoothAdapter not initialized"); return; } mBluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic); byte[] bytes = characteristic.getValue(); String str = new String(bytes); Log.e(TAG, "## readCharacteristic, 读取到: " + str); if (getConnectionCallback() != null) getConnectionCallback().onReadMessage(bytes); }
写入数据
写入数据时,我们需要先获得特征,特征存在于服务内,一般在发现服务的 onServicesDiscovered 时,查找到特征对象。public void write(byte[] cmd) { Log.e(TAG, "write:" + new String(cmd)); synchronized (LOCK) { characteristic2.setValue(cmd); characteristic2.setWriteType(BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_DEFAULT); mBluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic2); if (getConnectionCallback() != null) getConnectionCallback().onWriteMessage(cmd); } }
关闭蓝牙连接
public void close() {if (mBluetoothGatt == null) {
return;
}
mBluetoothGatt.close();
mBluetoothGatt = null;
}
#参考
https://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html
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