Andriod蓝牙开发——低能耗蓝牙开发概述

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Andriod开发——蓝牙低能耗概述

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Android 4.3 (API level 18)在核心角色中引入了对蓝牙低能耗(BLE)的内置平台支持，并提供了应用程序可以用来发现设备、查询服务和传输信息的API。
常用的用例包括:
在附近设备之间传输少量数据。
与接近传感器(如 Google Beacons)交互，根据用户当前位置提供定制的体验。

与传统蓝牙相比，蓝牙低功耗(BLE)的设计目的是提供更低的功耗。这使得Android应用程序可以与BLE设备进行通信，而BLE设备对电源的要求更严格，比如近距离传感器、心率监测器和健身设备。

关键术语和概念

以下是BLE关键术语和概念的概述

1. Generic Attribute Profile (通用属性协议，GATT)——GATT协议是通过BLE链接发送和接收被称为“属性”的短数据片段的通用规范。目前所有的低能耗应用概况都是基于GATT协议。
   蓝牙SIG为低能耗设备定义了协议。协议是设备在特定应用程序中如何工作的规范。注意，一个设备可以实现多个协议。例如，一个设备可以包含一个心率监视器和一个电池电量检测器

2. Attribute Protocol（属性协议，ATT) -GATT是建立在属性协议(ATT)之上的。这也被称为GATT/ATT的原因。ATT被优化为在BLE设备上运行。为此，它使用尽可能少的字节。每个属性都由一个通用唯一标识符(UUID)唯一标识，UUID是用于惟一标识信息的字符串ID的标准化128位格式。ATT传输的属性被格式化为特征和服务。

3. Characteristic——特征包含一个值和0-n个描述符，描述特征值。特征可以看作是一种类型，类似于类

4. Descriptor——描述符是描述特征值的定义属性。例如，描述符可以指定人类可读的描述、特征值的可接受范围，或者特定于特征值的度量单元

5. Service——服务是特征的集合。例如，您可以有一个名为“心率监控器”的服务，其中包含诸如“心率测量”之类的特征。您可以在bluetooth th.org上找到现有的基于gattprofile和服务的列表。

扮演的角色和担当的任务

以下是Android设备与BLE设备交互时应用的角色和职责:
中心设备或外围设备。这适用于BLE连接本身。处于中心角色的设备扫描，寻找广告，处于外围角色的设备制作广告。
GATT服务器与GATT客户端。这决定了两个设备在建立连接后如何相互通信。
要理解两者之间的区别，假设您有一个Android手机和一个活动跟踪器，这是一个BLE设备。手机支持中心角色;活动跟踪器支持外围角色(要建立BLE连接，您需要每个角色中的一个—两个只支持外围的东西不能相互通信，也不能只支持中心的东西)。
一旦电话和活动跟踪器建立了连接，它们就开始互相传输GATT元数据。根据它们传输的数据类型，其中一个或另一个可能充当服务器。例如，如果活动跟踪器想向手机报告传感器数据，那么活动跟踪器充当服务器可能是有意义的。如果活动跟踪器希望接收来自手机的更新，那么手机充当服务器可能是有意义的。
在本文使用的例子中，Android app(运行在Android设备上)是GATT客户端。该应用程序从GATT服务器获取数据，这是一个BLE心率监控器，支持心率配置文件。但你也可以选择设计你的Android应用程序来扮演GATT服务器的角色。有关更多信息，请参见BluetoothGattServerr。

蓝牙权限

为了在应用程序中使用蓝牙功能，必须声明蓝牙权限。您需要此权限才能执行任何蓝牙通信，例如请求连接、接受连接和传输数据
如果您希望您的应用程序启动设备发现或操作蓝牙设置，还必须声明BLUETOOTH_ADMIN 权限。注意:如果您使用 BLUETOOTH_ADMIN权限，那么您还必须拥有蓝牙权限。
在应用程序清单文件中声明蓝牙权限。例如:

如果您想声明您的应用程序仅对BLE-capable设备可用，请在您的应用程序清单中包括以下内容:

然而，如果你想让你的应用程序对不支持BLE的设备可用，你仍然应该在你的应用程序清单中包含这个元素，但是set required=“false”。然后在运行时，您可以使用PackageManager.hasSystemFeature()来确定BLE的可用性:

// Use this check to determine whether BLE is supported on the device. Then
// you can selectively disable BLE-related features.
if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
    Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();
    finish();
}

注意:LE Beacons通常与位置相关联。为了使用 BluetoothLeScanner,，您必须通过在应用程序的清单文件中声明 ACCESS_COARSE_LOCATION 或ACCESS_FINE_LOCATION权限来请求用户的权限。没有这些权限，扫描将不会返回任何结果。（文本作者注：特别是针对Android 6.0版本以后开发的应用）

设置蓝牙

在您的应用程序可以通过BLE进行通信之前，您需要验证设备上是否支持BLE，如果支持，则确保启用了BLE。注意，只有在被设置为false。
如果不支持BLE，那么应该优雅地禁用任何BLE特性（本文作者注：这里指个别针对需要蓝牙的应用，应该关掉应用程序不要耍“流氓”）。如果支持但禁用BLE，则可以请求用户在不离开应用程序的情况下启用蓝牙。该设置使用蓝牙适配器分两步完成：

1. 获得蓝牙适配器
   任何和所有蓝牙活动都需要蓝牙适配器。蓝牙适配器表示设备自己的蓝牙适配器(蓝牙收音机)。整个系统只有一个蓝牙适配器，您的应用程序可以使用这个对象与它进行交互。下面的代码片段显示了如何获得适配器。注意，这种方法使用getSystemService()返回一个BluetoothManager实例，然后使用该实例获取适配器。Android 4.3 (API级别18)引入蓝牙管理器:

private BluetoothAdapter bluetoothAdapter;
...
// Initializes Bluetooth adapter.
final BluetoothManager bluetoothManager =
        (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
bluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

2.启用蓝牙
接下来，需要确保启用蓝牙。调用isEnabled()检查当前是否启用蓝牙。如果此方法返回false，则禁用蓝牙。下面的代码片段检查是否启用了蓝牙。如果不是，代码片段会显示一个错误，提示用户进入设置以启用蓝牙:

// Ensures Bluetooth is available on the device and it is enabled. If not,
// displays a dialog requesting user permission to enable Bluetooth.
if (bluetoothAdapter == null || !bluetoothAdapter.isEnabled()) {
    Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}

注意:REQUEST_ENABLE_BT常量传递给startActivityForResult(android.content)。Intent (int)是一个本地定义的整数(必须大于0)，系统在onActivityResult(int, int, android.content.Intent)实现中将其作为requestCode参数传递给您。

寻找BLE设备

要查找BLE设备，可以使用startLeScan()方法。这个方法使用一个蓝牙适配器。作为参数LeScanCallback。您必须实现此回调，因为这是返回扫描结果的方式。因为扫描是电池密集型的，你应该遵守以下准则:
一旦找到所需的设备，就停止扫描。
永远不要循环扫描，并设置扫描的时间限制。之前可用的设备可能已经超出了范围，并继续扫描耗尽电池。
下面的代码片段展示了如何启动和停止扫描:

/**
 * Activity for scanning and displaying available BLE devices.
 */
public class DeviceScanActivity extends ListActivity {

    private BluetoothAdapter bluetoothAdapter;
    private boolean mScanning;
    private Handler handler;

    // Stops scanning after 10 seconds.
    private static final long SCAN_PERIOD = 10000;
    ...
    private void scanLeDevice(final boolean enable) {
        if (enable) {
            // Stops scanning after a pre-defined scan period.
            handler.postDelayed(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    mScanning = false;
                    bluetoothAdapter.stopLeScan(leScanCallback);
                }
            }, SCAN_PERIOD);

            mScanning = true;
            bluetoothAdapter.startLeScan(leScanCallback);
        } else {
            mScanning = false;
            bluetoothAdapter.stopLeScan(leScanCallback);
        }
        ...
    }
...
}

如果只想扫描特定类型的外围设备，可以调用startLeScan(UUID[]，蓝牙thadapter . lescancallback)，提供一个UUID对象数组，指定应用程序支持的GATT服务。

下面是蓝牙适配器的实现。LeScanCallback是用于提供BLE扫描结果的接口:

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

注意:您只能扫描蓝牙LE设备或经典蓝牙设备，如蓝牙中所述。您不能同时扫描蓝牙LE和经典设备。

**连接到GATT服务器

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与BLE设备交互的第一步是连接到它——更具体地说，连接到设备上的GATT服务器。要连接到BLE设备上的GATT服务器，可以使用connectGatt()方法。该方法接受三个参数:a Context object, autoConnect(boolean值指示是否在BLE设备可用时自动连接到该设备)和对BluetoothGattCallback的引用:

bluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, gattCallback);

它连接到由BLE设备承载的GATT服务器，并返回一个BluetoothGatt实例，然后可以使用该实例执行GATT客户机操作。调用者(Android应用程序)是GATT客户端。蓝牙thgattcallback用于向客户端交付结果，例如连接状态，以及任何其他GATT客户端操作。

在本例中，BLE应用程序提供了一个活动(DeviceControlActivity)来连接、显示数据，并显示设备支持的GATT服务和特性。基于用户输入，此活动与一个名为蓝牙thleservice的服务通信，该服务通过Android BLE API与BLE设备交互:

// A service that interacts with the BLE device via the Android BLE API.
public class BluetoothLeService extends Service {
    private final static String TAG = BluetoothLeService.class.getSimpleName();

    private BluetoothManager bluetoothManager;
    private BluetoothAdapter bluetoothAdapter;
    private String bluetoothDeviceAddress;
    private BluetoothGatt bluetoothGatt;
    private int connectionState = STATE_DISCONNECTED;

    private static final int STATE_DISCONNECTED = 0;
    private static final int STATE_CONNECTING = 1;
    private static final int STATE_CONNECTED = 2;

    public final static String ACTION_GATT_CONNECTED =
            "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_CONNECTED";
    public final static String ACTION_GATT_DISCONNECTED =
            "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_DISCONNECTED";
    public final static String ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED =
            "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED";
    public final static String ACTION_DATA_AVAILABLE =
            "com.example.bluetooth.le.ACTION_DATA_AVAILABLE";
    public final static String EXTRA_DATA =
            "com.example.bluetooth.le.EXTRA_DATA";

    public final static UUID UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT =
            UUID.fromString(SampleGattAttributes.HEART_RATE_MEASUREMENT);

    // Various callback methods defined by the BLE API.
    private final BluetoothGattCallback gattCallback =
            new BluetoothGattCallback() {
        @Override
        public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
                int newState) {
            String intentAction;
            if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
                intentAction = ACTION_GATT_CONNECTED;
                connectionState = STATE_CONNECTED;
                broadcastUpdate(intentAction);
                Log.i(TAG, "Connected to GATT server.");
                Log.i(TAG, "Attempting to start service discovery:" +
                        bluetoothGatt.discoverServices());

            } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {
                intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED;
                connectionState = STATE_DISCONNECTED;
                Log.i(TAG, "Disconnected from GATT server.");
                broadcastUpdate(intentAction);
            }
        }

        @Override
        // New services discovered
        public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                broadcastUpdate(ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);
            } else {
                Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);
            }
        }

        @Override
        // Result of a characteristic read operation
        public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattCharacteristic characteristic,
                int status) {
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);
            }
        }
     ...
    };
...
}

当一个特定的回调被触发时，它调用适当的broadcastUpdate() helper方法，并将一个操作传递给它。注意，本节数据解析按照蓝牙心率测量协议规范执行:

private void broadcastUpdate(final String action) {
    final Intent intent = new Intent(action);
    sendBroadcast(intent);
}

private void broadcastUpdate(final String action,
                             final BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
    final Intent intent = new Intent(action);

    // This is special handling for the Heart Rate Measurement profile. Data
    // parsing is carried out as per profile specifications.
    if (UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT.equals(characteristic.getUuid())) {
        int flag = characteristic.getProperties();
        int format = -1;
        if ((flag & 0x01) != 0) {
            format = BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT16;
            Log.d(TAG, "Heart rate format UINT16.");
        } else {
            format = BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8;
            Log.d(TAG, "Heart rate format UINT8.");
        }
        final int heartRate = characteristic.getIntValue(format, 1);
        Log.d(TAG, String.format("Received heart rate: %d", heartRate));
        intent.putExtra(EXTRA_DATA, String.valueOf(heartRate));
    } else {
        // For all other profiles, writes the data formatted in HEX.
        final byte[] data = characteristic.getValue();
        if (data != null && data.length > 0) {
            final StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(data.length);
            for(byte byteChar : data)
                stringBuilder.append(String.format("%02X ", byteChar));
            intent.putExtra(EXTRA_DATA, new String(data) + "\n" +
                    stringBuilder.toString());
        }
    }
    sendBroadcast(intent);
}

访问BLE属性

一旦您的Android应用程序连接到GATT服务器并发现了服务，它就可以在支持的地方读写属性。例如，这个代码片段遍历服务器的服务和特征，并在UI中显示它们：

public class DeviceControlActivity extends Activity {
    ...
    // Demonstrates how to iterate through the supported GATT
    // Services/Characteristics.
    // In this sample, we populate the data structure that is bound to the
    // ExpandableListView on the UI.
    private void displayGattServices(List gattServices) {
        if (gattServices == null) return;
        String uuid = null;
        String unknownServiceString = getResources().
                getString(R.string.unknown_service);
        String unknownCharaString = getResources().
                getString(R.string.unknown_characteristic);
        ArrayList> gattServiceData =
                new ArrayList>();
        ArrayList>> gattCharacteristicData
                = new ArrayList>>();
        mGattCharacteristics =
                new ArrayList>();

        // Loops through available GATT Services.
        for (BluetoothGattService gattService : gattServices) {
            HashMap currentServiceData =
                    new HashMap();
            uuid = gattService.getUuid().toString();
            currentServiceData.put(
                    LIST_NAME, SampleGattAttributes.
                            lookup(uuid, unknownServiceString));
            currentServiceData.put(LIST_UUID, uuid);
            gattServiceData.add(currentServiceData);

            ArrayList> gattCharacteristicGroupData =
                    new ArrayList>();
            List gattCharacteristics =
                    gattService.getCharacteristics();
            ArrayList charas =
                    new ArrayList();
           // Loops through available Characteristics.
            for (BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic :
                    gattCharacteristics) {
                charas.add(gattCharacteristic);
                HashMap currentCharaData =
                        new HashMap();
                uuid = gattCharacteristic.getUuid().toString();
                currentCharaData.put(
                        LIST_NAME, SampleGattAttributes.lookup(uuid,
                                unknownCharaString));
                currentCharaData.put(LIST_UUID, uuid);
                gattCharacteristicGroupData.add(currentCharaData);
            }
            mGattCharacteristics.add(charas);
            gattCharacteristicData.add(gattCharacteristicGroupData);
         }
    ...
    }
...
}

接收GATT通知

BLE应用程序通常会在设备上的某个特定特性发生变化时请求得到通知。这段代码展示了如何使用setCharacteristicNotification()方法为特征设置通知:

private BluetoothGatt bluetoothGatt;
BluetoothGattCharacteristic characteristic;
boolean enabled;
...
bluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enabled);
...
BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(
        UUID.fromString(SampleGattAttributes.CLIENT_CHARACTERISTIC_CONFIG));
descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
bluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);

一旦为某个特性启用了通知，如果远程设备上的特性发生了更改，则会触发onCharacteristicChanged()回调:

@Override
// Characteristic notification
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
        BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
    broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);
}

关闭客户端应用程序

一旦您的应用程序使用完BLE设备，它应该调用close()，以便系统能够适当地释放资源:

public void close() {
    if (bluetoothGatt == null) {
        return;
    }
    bluetoothGatt.close();
    bluetoothGatt = null;
}

本文翻译官方蓝牙API，官方API国内访问地址：https://developer.android.google.cn/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html#connect

本文官方教学视频（全英文的没有字幕语速较快可能比六级听力还快，建议有一定基础的同学再去看，基础不够建议找个基础好的一起看）下载地址：链接：https://pan.baidu.com/s/1ZWwVgfgJSUWGlK5rx3MDDg 提取码：2W2h

本文开发案例下载地址：链接：https://pan.baidu.com/s/1UnYib1XA_ckwM532mHAEJQ
提取码：3nau