iOS：蓝牙通讯开发快速上手
1. 思维导图
蓝牙知识的结构图
蓝牙数据通讯流程图
2. 苹果对蓝牙设备的要求
BLE：bluetouch low energy，蓝牙4.0设备因为低功耗，所有也叫作 BLE。苹果在 iPhone 4s 及之后的手机型号开始支持蓝牙 4.0，这也是最常见的蓝牙设备。低于蓝牙 4.0 协议的设备需要进行 MFI 认证。
在进行操作蓝牙设备前，我们先下载一个蓝牙工具 LightBlue，它可以辅助我们的开发，在进行蓝牙开发之前建议先熟悉一下 LightBlue 这个工具。
3. 操作蓝牙设备使用的库
苹果自身有一个操作蓝牙的库 CoreBluetooth.framework，这个是大多数人员进行蓝牙开发的首选框架，除此之外目前 github 还有一个比较流行的对原生框架进行封装的三方库 BabyBluetooth，它的机制是将 CoreBluetooth 中众多的 delegate 写成了 block 方法。下面主要介绍的是原生蓝牙库的知识。
3.1 中心和外围设备
如图所示，电脑、Pad、手机作为中心，心跳监听器作为外设，这种中心外设模式是最常见的。简单理解就是，发起连接的是中心设备（Central），被连接的是外围设备（Peripheral），对应传统的客户机-服务器体系结构。Central 能够扫描侦听到正在播放广告包的外设。
3.2服务与特征
外设可以包含一个或多个服务（CBService），服务是用于实现装置的功能或特征数据相关联的行为集合。
而每个服务又对应多个特征（CBCharacteristic）,特征提供外设服务进一步的细节，外设，服务，特征对应的数据结构如下所示：
4. 如何扫描蓝牙
首先新建一个类作为蓝牙类，例如 BLEManager，写成单例，作为处理蓝牙操作的管理类。引入头文件#import
CBCentralManager 是蓝牙中心的管理类，控制着蓝牙的扫描，连接，蓝牙状态的改变。
4.1 初始化
dispatch_queue_t centralQueue = dispatch_queue_create(“centralQueue",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
NSDictionary *dic = @{
CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey : YES,
CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey : @"unique identifier"
};
self.centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:centralQueue options:dic];
CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey 对应的 BOOL 值，当设为 YES 时，表示 CentralManager 初始化时，如果蓝牙没有打开，将弹出 Alert 提示框。
CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey 对应的是一个唯一标识的字符串，用于蓝牙进程被杀掉恢复连接时用的。
4.2 扫描
// 不重复扫描已发现设备
NSDictionary *option = @{
CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey : [NSNumber numberWithBool:NO],
CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey:YES
};
[self.centralManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:option];
- (void)scanForPeripheralsWithServices:(nullable NSArray *)serviceUUIDs options:(nullable NSDictionary *)options;
扫面方法，serviceUUIDs 用于第一步的筛选，扫描此 UUID 的设备
options 有两个常用参数：CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey 设置为 NO 表示不重复扫瞄已发现设备，为 YES 就是允许。CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey 设置为 YES 就是在蓝牙未打开的时候显示弹框。
4.3 CBCentralManagerDelegate 代理方法
在初始化的时候我们调用了代理，在 CoreBluetooth 中有两个代理，
- CBCentralManagerDelegate
- CBPeripheralDelegate
iOS 的命名很友好，我们通过名字就能看出，上面那个是关于中心设备的代理方法，下面是关于外设的代理方法。我们这里先研究 CBCentralManagerDelegate 中的代理方法
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central;
这个方法标了 @required 是必须添加的，我们在 self.centralManager 初始换之后会调用这个方法，回调蓝牙的状态。状态有以下几种：
typedef NS_ENUM(NSInteger, CBCentralManagerState{
CBCentralManagerStateUnknown = CBManagerStateUnknown, // 未知状态
CBCentralManagerStateResetting = CBManagerStateResetting, // 重启状态
CBCentralManagerStateUnsupported = CBManagerStateUnsupported, // 不支持
CBCentralManagerStateUnauthorized = CBManagerStateUnauthorized, // 未授权
CBCentralManagerStatePoweredOff = CBManagerStatePoweredOff, // 蓝牙未开启
CBCentralManagerStatePoweredOn = CBManagerStatePoweredOn, // 蓝牙开启
} NS_DEPRECATED(NA, NA, 5_0, 10_0, "Use CBManagerState instead”);
该枚举在 iOS10 之后已经废除了，系统推荐使用 CBManagerState，类型都是对应的
typedef NS_ENUM(NSInteger, CBManagerState{
CBManagerStateUnknown = 0,
CBManagerStateResetting,
CBManagerStateUnsupported,
CBManagerStateUnauthorized,
CBManagerStatePoweredOff,
CBManagerStatePoweredOn,
} NS_ENUM_AVAILABLE(NA, 10_0);
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI;
peripheral 是外设类。
advertisementData 是广播的值，一般携带设备名，serviceUUIDs 等信息
RSSI 绝对值越大，表示信号越差，设备离的越远。如果想装换成百分比强度，（RSSI+100）/100，（这是一个约数，蓝牙信号值并不一定是-100 - 0的值，但近似可以如此表示）
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central willRestoreState:(NSDictionary *)dict;
在蓝牙于后台被杀掉时，重连之后会首先调用此方法，可以获取蓝牙恢复时的各种状态
5. 如何连接
在扫面的代理方法中，我们连接外设名是MI的蓝牙设备
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI{
NSLog(@"advertisementData:%@，RSSI:%@",advertisementData,RSSI);
if([peripheral.name isEqualToString:@"MI"]){
[self.centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil]; // 发起连接的命令！！！
self.peripheral = peripheral;
}
}
5.1 连接的状态
对应另外的 CBCentralManagerDelegate 代理方法
连接成功的回调
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral;
连接失败的回调
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error;
连接断开的回调
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error;
连接成功之后并没有结束，对数据的读写是由 CBCharacteristic 控制的。我们先用 lightblue 连接小米手环为例，来看一下，手环内部的数据是不是我们说的那样。
其中 ADVERTISEMENT DATA 显示的就是广播信息。
iOS 蓝牙无法直接获取设备蓝牙 MAC 地址，可以将 MAC 地址放到这里广播出来
FEEO 是 ServiceUUIDs，里面的 FF01、FF02 是 CBCharacteristic 的 UUID
Properties 是特征的属性，可以看出 FF01 具有读的权限，FF02 具有读写的权限。特征拥有的权限类别有如下几种：
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};
5.2 如何发送并接收数据
通过上面的步骤我们发现CBCentralManagerDelegate提供了蓝牙状态监测、扫描、连接的代理方法，但是CBPeripheralDelegate的代理方法却还没使用。别急，马上就要用到了，通过名称判断这个代理的作用，肯定是跟Peripheral有关，我们进入系统API，看它的代理方法都有什么，因为这里的代理方法较多，我就挑选几个常用的拿出来说明一下。
1.代理方法
// 发现服务的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(nullable NSError *)error;
// 发现特征的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(nullable NSError *)error;
// 读数据的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error;
// 是否写入成功的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error;
2.步骤
通过这几个方法我们构建一个流程：连接成功 -> 获取指定的服务 -> 获取指定的特征 -> 订阅指定特征值 -> 通过具有写权限的特征值写数据 -> 在 didUpdateValueForCharacteristic 回调中读取蓝牙反馈值
解释一下订阅特征值：特征值具有 Notify 权限才可以进行订阅，订阅之后该特征值的 value 发生变化才会回调didUpdateValueForCharacteristic
3. 实现上面流程的实例代码
// 连接成功
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral{
//连接成功之后寻找服务，传nil会寻找所有服务
[peripheral discoverServices:nil];
}
// 发现服务的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error{
if (!error) {
for (CBService *service in peripheral.services) {
NSLog(@"serviceUUID:%@", service.UUID.UUIDString);
if ([service.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_SERVICE_UUID]) {
//发现特定服务的特征值
[service.peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];
}
}
}
}
// 发现 characteristics，由发现服务调用（上一步），获取读和写的 characteristics
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error {
for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {
//有时读写的操作是由一个characteristic完成
if ([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_CHARACTERISTIC_UUID_READ]) {
self.read = characteristic;
[self.peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:self.read];
} else if ([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_CHARACTERISTIC_UUID_WRITE]) {
self.write = characteristic;
}
}
}
// 是否写入成功的代理
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error{
if (error) {
NSLog(@"===写入错误：%@",error);
}else{
NSLog(@"===写入成功");
}
}
// 数据接收
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {
if([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_CHARACTERISTIC_UUID_READ]){
//获取订阅特征回复的数据
NSData *value = characteristic.value;
NSLog(@"蓝牙回复：%@",value);
}
}
比如我们要获取蓝牙电量，由硬件文档查询得知该指令是 0x1B9901 ，那么获取电量的方法就可以写成：
- (void)getBattery{
Byte value[3]={0};
value[0]=x1B;
value[1]=x99;
value[2]=x01;
NSData * data = [NSData dataWithBytes:&value length:sizeof(value)];
// 发送数据
[self.peripheral writeValue:data forCharacteristic:self.write type:CBCharacteristicWriteWithoutResponse];
}
如果写入成功，我们将会在 didUpdateValueForCharacteristic 方法中获取蓝牙回复的信息。
6. 如何解析蓝牙数据
如果你顺利完成了上一步的操作，并且看到了蓝牙返回的数据，那么恭喜你，蓝牙的常用操作你已经了解大半了。因为蓝牙的任务大部分就是围绕发送指令，获取指令，将蓝牙数据呈现给用户。上一步我们已经获取了蓝牙指令，但是获取的却是 0x567b0629 这样的数据，这是什么意思呢。这时我们参考硬件文档，看到这样一段:
那么我们就可以得出设备电量是 60%。
对数据解析的流程就是：判断校验和是否正确，是不是一条正确的数据 -> 该条数据是不是我们需要的电量数据，即首字节为0x567b -> 根据定义规则解析电量，传给 view 显示。其中第一步校验数据，视情况而定，也有不需要的情况。
7. 扩展
iOS蓝牙中的进制转换
蓝牙固件升级
nRF芯片设备DFU升级