iOS 蓝牙浅析

概述

iOS中提供了4个框架用于实现蓝牙连接

1.GameKit.framework(用法简单)
- 只能用于iOS设备之间的同个应用内连接,多用于游戏(eg.拳皇,棋牌类),从iOS7开始过期
2.MultipeerConnectivity.framework(代替1)
- 只能用于iOS设备之间的连接,从iOS7开始引入,主要用于非联网状态下,通过wifi或者蓝牙进行文件共享(仅限于沙盒的文件),多用于附近无网聊天
3.ExternalAccessory.framework(MFi)
- 可用于第三方蓝牙设备交互,但是蓝牙设备必须经过苹果MFi认证(国内很少)
4.CoreBluetooth.framework（时下热门)
- 可用于第三方蓝牙设备交互,必须要支持蓝牙4.0
- 硬件至少是4s,系统至少是iOS6
- 蓝牙4.0以低功耗著称,一般也叫BLE（Bluetooth Low Energy）
- 目前应用比较多的案例:运动手环,嵌入式设备,智能家居

设计到的系统/框架

HealthKit/物联网HomeKit/wathOS1,2/iBeacon
注如果需要使用homekit进行开发的话，协议必须是https,https消耗性能很厉害，因此对硬件的要求相对就比较高

重点讲解CoreBluetooth

BLE:(Bluetooth low energy)蓝牙4.0设备因为低耗电,也叫BLE
peripheral,central:外设和中心设备,发起链接的是central(一般是指手机app),被链接的设备是peripheral(运动手环)
service and characteristic:(服务和特征)每个设备会提供服务和特征,类似于服务端的API,但是结构不同.每个设备会有很多服务,每个服务中包含很多字段,这些字段的权限一般分为读(read),写(write),通知(notify)几种,就是我们连接设备后具体需要操作的内容
Description:每个characteristic可以对应一个或者多个Description用于描述characteristic的信息或属性(eg.范围,计量单位)

蓝牙基础知识

CoreBluetooth框架的核心其实是俩东西:peripheral和central,对应他们分别有一组相关的API和类

ble_01.png
这两组api分别对应不同的业务常见:左侧叫中心模式,就是以你的app作为中心,连接其他的外设的场景;而右侧称为外设模式,使用手机作为外设连接其他中心设备操作的场景，左侧为一般公司所采取的开发模式
服务和特征(service and characteristic)
每个设备都会有1个or多个服务
每个服务里都会有1个or多个特征
特征就是具体键值对,提供数据的地方
每个特征属性分为:读,写,通知等等

BLE中心模式流程

1.建立中心角色
2.扫描外设(Discover Peripheral)
3.连接外设(Connect Peripheral)
4.扫描外设中的服务和特征(Discover Services And Characteristics)
4.1 获取外设的services
4.2 获取外设的Characteristics,获取characteristics的值,,获取Characteristics的Descriptor和Descriptor的值
5.利用特征与外设做数据交互(Explore And Interact)
6.订阅Characteristic的通知
7.断开连接(Disconnect)

蓝牙设备的状态

1.待机状态(standby):设备没有传输和发送数据,并且没有连接到任何外设
2.广播状态(Advertiser):周期性广播状态
3.扫描状态(Scanner):主动搜索正在广播的设备
4.发起链接状态(Initiator):主动向扫描设备发起连接
5.主设备(Master):作为主设备连接到其它设备.
6.从设备(Slave):作为从设备链接到其它设备

蓝牙和版本使用限制

蓝牙2.0:越狱设备
BLE:iOS6以上
MFI认证设备:无限制

中心模式流程

1.建立中心角色
2.扫描外设(Discover Peripheral)
3.连接外设(Connect Peripheral)
4.扫描外设中的服务和特征(Discover Services And Characteristics)
4.1 获取外设的services
4.2 获取外设的Characteristics,获取characteristics的值,,获取Characteristics的Descriptor和Descriptor的值
5.利用特征与外设做数据交互(Explore And Interact)
6.订阅Characteristic的通知
7.断开连接(Disconnect)

1.建立中心角色

导入头文件

#import

创建中心设备管理者

- (CBCentralManager *)manager
{
    if (_manager == nil) {
        _manager = [[CBCentralManager alloc]initWithDelegate:self queue:dispatch_get_main_queue() options:nil];
        _manager.delegate = self;
    }
    return _manager;
}

2.扫描外设(Discover Peripheral)

只有设备成功打开,才能开始扫描,否则会报错

/**
 *  中心管理者状态改变, 在初始化CBCentralManager的时候会打开设备，只有当设备正确打开后才能使用
 *
 *  @param central 中心管理设备
 */
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central
{
    //    CBCentralManagerStateUnknown = 0,
    //    CBCentralManagerStateResetting,
    //    CBCentralManagerStateUnsupported,
    //    CBCentralManagerStateUnauthorized,
    //    CBCentralManagerStatePoweredOff,
    //    CBCentralManagerStatePoweredOn,
    switch (central.state) {
        case CBCentralManagerStateUnknown:
            break;
        case CBCentralManagerStateResetting:
            break;
        case CBCentralManagerStateUnsupported:
            break;
        case CBCentralManagerStateUnauthorized:
            break;
        case CBCentralManagerStatePoweredOff:
            break;
        case CBCentralManagerStatePoweredOn:
        {
            NSLog(@"CBCentralManagerStatePoweredOn");
            //搜索外设
            [self.manager scanForPeripheralsWithServices:nil//通过某些服务筛选外设
                                                 options:nil];//条件
        }
            break;
        default:
            break;
    }
}

3.连接外设(Connect Peripheral)

/**
 *  搜索成功的回调
 *
 *  @param central           中心设备管理
 *  @param peripheral        外设
 *  @param advertisementData 外设设备携带的数据
 *  @param RSSI              信号强度
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI
{
    NSLog(@"%@----%@----%@----%@",central,peripheral,advertisementData,RSSI);
    //需要对连接到的外设进行过滤
    /*
     1.信号强度(40以上才能连接)
     2.通过设备名(设备字符串前缀)
     */
    //找到指定的设备，并保存外设
    self.peripheral = peripheral;
    //使用中心设备连接外设
    [self.manager connectPeripheral:self.peripheral options:nil];
}
/**
 *  外设连接成功
 *
 *  @param central    中心设备管理
 *  @param peripheral 连接到的外设
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
    //连接成功后可以进行数据交互
}

/**
 *  外设连接失败
 *
 *  @param central    中心设备管理
 *  @param peripheral 连接的外设
 *  @param error      失败的原因
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error
{

}

/**
 *  丢失连接
 *
 *  @param central    中心管理设备
 *  @param peripheral 连接的外设
 *  @param error      错误信息
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error
{

}

4.扫描外设中的服务和特征(Discover Services And Characteristics)

设备链接成功后,就可以扫描设备的服务(services)了,同样是通过代理,扫描到结果后会触发某代理方法.
注意:此时CBCentralManagerDelegate已经不能满足需求,需要新的CBPeripheralDelegate来搞定.
该协议中包含了central与peripheral的许多回调方法
(eg.:获取services,获取characteristics,获取characteristics的值,获取characteristics的Descriptor以及Descriptor的值,写数据,读RSSI,用通知的方式订阅数据等等).

4.1 获取外设的services
首先设置外设的代理,并搜寻services
然后在代理方法peripheral:didDiscoverServices:中遍历services

// 外设连接成功
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
    NSLog(@"%s, line = %d", __FUNCTION__, __LINE__);
    NSLog(@">>>连接到名称为（%@）的设备-成功",peripheral.name);
    //设置的peripheral代理CBPeripheralDelegate
    //@interface ViewController : UIViewController
    [peripheral setDelegate:self];

    //扫描外设Services，成功后会进入方法：-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error{
    [peripheral discoverServices:nil];
    /*
     Discovers the specified services of the peripheral.
     An array of CBUUID objects that you are interested in. Here, each CBUUID object represents a UUID that identifies the type of service you want to discover.
     */
}
#pragma mark - CBPeripheralDelegate
// 发现外设的service
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error
{
    if (error)
    {
        NSLog(@">>>Discovered services for %@ with error: %@", peripheral.name, [error localizedDescription]);
        return;
    }
    for (CBService *service in peripheral.services) {
        NSLog(@"service.UUID = %@", service.UUID);
        //扫描每个service的Characteristics，扫描到后会进入方法： -(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error
        [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];
    }
}

4.2 获取外设的characteris,获取Characteristics的值,获取Characteristics的Descriptor以及Descriptor的值

// 外设发现service的特征
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error
{
    if (error)
    {
        NSLog(@"error Discovered characteristics for %@ with error: %@", service.UUID, [error localizedDescription]);
        return;
    }
    for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics)
    {
        NSLog(@"service:%@ 的 Characteristic: %@",service.UUID,characteristic.UUID);
    }

#warning noCodeFor 优化,分开写是为了让大家看注释清晰,并不符合编码规范
    //获取Characteristic的值，读到数据会进入方法：-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error
    for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics){
        [peripheral readValueForCharacteristic:characteristic]; // 外设读取特征的值
    }

    //搜索Characteristic的Descriptors，读到数据会进入方法：-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverDescriptorsForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error
    for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics){
        [peripheral discoverDescriptorsForCharacteristic:characteristic]; // 外设发现特征的描述
    }
}

// 获取characteristic的值
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(nonnull CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error
{
    //打印出characteristic的UUID和值
    //!注意，value的类型是NSData，具体开发时，会根据外设协议制定的方式去解析数据
    NSLog(@"%s, line = %d, characteristic.UUID:%@  value:%@", __FUNCTION__, __LINE__, characteristic.UUID, characteristic.value);
}
// 获取Characteristics的 descriptor的值
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForDescriptor:(nonnull CBDescriptor *)descriptor error:(nullable NSError *)error
{
    //打印出DescriptorsUUID 和value
    //这个descriptor都是对于characteristic的描述，一般都是字符串，所以这里我们转换成字符串去解析
    NSLog(@"%s, line = %d, descriptor.UUID:%@ value:%@", __FUNCTION__, __LINE__, descriptor.UUID, descriptor.value);
}
// 发现特征Characteristics的描述Descriptor
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverDescriptorsForCharacteristic:(nonnull CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error
{
    NSLog(@"%s, line = %d", __FUNCTION__, __LINE__);
    for (CBDescriptor *descriptor in characteristic.descriptors) {
        NSLog(@"descriptor.UUID:%@",descriptor.UUID);
    }
}

5.写数据到特征中

// 5.将数据写入特征(自定义方法,为了看的更清楚,没别的意思)
- (void)yf_peripheral:(CBPeripheral *)peripheral writeData:(NSData *)data forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic
{
    /*
    typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, CBCharacteristicProperties) {
        CBCharacteristicPropertyBroadcast                                                = 0x01,
        CBCharacteristicPropertyRead                                                    = 0x02,
        CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse                                    = 0x04,
        CBCharacteristicPropertyWrite                                                    = 0x08,
        CBCharacteristicPropertyNotify                                                    = 0x10,
        CBCharacteristicPropertyIndicate                                                = 0x20,
        CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites                                = 0x40,
        CBCharacteristicPropertyExtendedProperties                                        = 0x80,
        CBCharacteristicPropertyNotifyEncryptionRequired NS_ENUM_AVAILABLE(NA, 6_0)        = 0x100,
        CBCharacteristicPropertyIndicateEncryptionRequired NS_ENUM_AVAILABLE(NA, 6_0)    = 0x200
    };
     打印出特征的权限(characteristic.properties),可以看到有很多种,这是一个NS_OPTIONS的枚举,可以是多个值
     常见的又read,write,noitfy,indicate.知道这几个基本够用了,前俩是读写权限,后俩都是通知,俩不同的通知方式
     */
    NSLog(@"%s, line = %d, characteristic.properties:%d", __FUNCTION__, __LINE__, characteristic.properties);

    // 只有特征的properties中有写的属性时候,才写
    if (characteristic.properties & CBCharacteristicPropertyWrite) {
        // 这句才是正宗的核心代码
        [peripheral writeValue:data forCharacteristic:characteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];
    }
}

6.订阅特征的通知

// 设置通知
- (void)yf_peripheral:(CBPeripheral *)peripheral setNotifyForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic
{
    // 设置通知, 数据会进入 peripheral:didUpdateValueForCharacteristic:error:方法
    [peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:characteristic];
}
// 取消通知
- (void)yf_peripheral:(CBPeripheral *)peripheral cancelNotifyForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic
{
    [peripheral setNotifyValue:NO forCharacteristic:characteristic];
}

7.断开连接

- (void)yf_cMgr:(CBCentralManager *)cMgr stopScanAndDisConnectWithPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
    // 停止扫描
    [manager stopScan];
    // 断开连接
    [manager cancelPeripheralConnection:peripheral];
}