安卓基于BLE的蓝牙开发入门
BLE蓝牙开发简单入门
- BLE背景介绍
- 引言
- BLE简介
- Gatt协议以及必备知识
- 蓝牙开发涉及的API介绍
- BLE实战准备
- 真机调试
- 权限准备
- 写两个简单的页面
- 扫描设备主界面
- 扫描设备信息界面
- 实现扫描并返回检测到的设备
- 连接设备的数据读写
- 总结
BLE背景介绍
引言
如今,蓝牙的使用在生活中是越来越常见了,各色各样的运动手环、体脂称以及无线耳机都用到了蓝牙功能,如今火热的keep、小米运动等app也是通过简单的蓝牙连接与运动手环进行交互,因此通过本博客对安卓的蓝牙开发部分做一个简单的入门
BLE简介
蓝牙低能耗（Bluetooth Low Energy，或称Bluetooth LE、BLE，旧商标Bluetooth Smart）也称低功耗蓝牙，是蓝牙技术联盟设计和销售的一种个人局域网技术，旨在用于医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用。相较经典蓝牙，低功耗蓝牙旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。可以说BLE的出现大大的推进了蓝牙的使用。
Gatt协议以及必备知识
首先,我们所探讨的低功耗蓝牙（BLE）连接都是建立在 GATT (Generic Attribute Profile) 协议之上的,GATT是蓝牙传递数据的一个通用规范
我们来了解一些与蓝牙有关的关键词**
UUID: 可以理解为用于区分身份的唯一标识符
Service: 对于每一个Service以及每一个characteristic都有着自己唯一的UUID
Service是蓝牙设备中的服务,一个设备可以拥有多个服务,举例子:小米手环具备好几个服务,比如手环的基本信息、电量信息、心率检测、步数记录等
characteristic: 一个服务中可以存在着多个characteristic,可以将这些characteristic看做一个个独立的数据项,同样用小米手环举例子,在手环的Generic Access模块里存在着多个characteristic如,Device Name、Appearance、Peripheral Preferred Connection Parameter,如果你要向小米手环发送一个心率检测的通知,那么你就需要找到对应的characteristic的UUID,对这个characteristic进行通信
下图是蓝牙调试工具的界面,通过它应该可以对上述所说的几个关键字有更深刻的认识
根据下面的官方图片我们可以看到
Characteristic中含有多个属性,如value、properties、Descriptor,这里做简单的说明
value：特征数据值,比如心率值或者步数
Descriptor：对数据的说明信息,比如数据的单位等
Properties：定义Value如何使用以及Descriptor如何访问
蓝牙开发涉及的API介绍
有了以上的知识铺垫我们对蓝牙已经有了一个大致的认识,那么现在我们对安卓开发中连接设备以及读写数据的API做一个认识,代码在这里不是重点,之后的章节会重点讲述,
这里主要是了解API之间的关系以及作用
BluetoothManager：蓝牙管理，用于得到BluetoothAdapter
//调用系统服务获取一个BluetoothManager实例
BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(BLUETOOTH_SERVICE);
bluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
BluetoothAdapter：通过 BluetoothManager 获取,扫描蓝牙设备,回调方法中会将扫描到的蓝牙设备添加进BluetoothDevice中
bluetoothAdapter.startLeScan(callback)
BluetoothDevice：代表了连接的蓝牙设备，获取一些有关它的信息,如设备名称,地址等
//回调
//扫描回调
public BluetoothAdapter.LeScanCallback callback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback()
{
@Override
public void onLeScan(final BluetoothDevice bluetoothDevice, int i, byte[] bytes) {
//重复过滤方法，列表中包含不该设备才加入列表中，并刷新列表
if (!deviceList.contains(bluetoothDevice)) {
//将设备加入列表数据中
deviceList.add(bluetoothDevice);
list.setAdapter(new MyAdapter(MainActivity.this, deviceList));
}
}
};
此时我们已经通过上述三个api实现了扫描并生成设备列表的过程,那么理所当然,我们要对列表中的设备进行连接,那么我们就需要用到BluetoothDevice中的connectGatt方法,这个方法与对应的设备连接后可以得到一个BluetoothGatt对象
这里说明connectGatt方法包含三个参数
- Context上下文
- autoConnect是否自动重连（Boolean）
- BluetoothGattCallback 回调方法
BluetoothGatt：实现蓝牙的基本功能,可以重新连接蓝牙设备，发现蓝牙设备的 Service。
BluetoothGattCallback ：里面有许多方法,对应着各种操作的回调（比如读写操作以及获取服务）,我们按照需要实现即可
BluetoothGattService ：通过BluetoothGatt可以得到，对应上文提到的Service,通过这个类我们可以得到所需要的characteristic
BLE实战准备
了解了以上内容以后,我们就做一个简单的安卓应用,连接上测试用的小米手环。
真机调试
安卓的蓝牙开发必然要用到真机调试,这里就简单的说明一下,如果真机连接不上可以在网上查找对应的解决办法
1.进入手机的（更多设置中）开发者选项（这里以小米为例，进入设置，在我的设备中找到全部参数,连点MIUI版本处看到下方提示进入开发者选项即可)，打开USB调试以及USB安装即可
2.打开andorid studio,将数据线连接上手机,就进入了真机调试。
权限准备
1.在Manifest文件中添加
这里需要添加以上权限,否则会导致闪退
2.如果程序正常运行,但是扫描不到任何的设备，打开手机，进入手机权限管理，给安装的app定位权限设置为允许，同时保证手机中的位置信息是打开的，这步非常重要，旧版本的安卓系统可以略过，本机为andorid 10版本，如果不操作这步将不能看到任何设备
写两个简单的页面
扫描设备主界面
>
实现效果:
扫描设备信息界面
实现扫描并返回检测到的设备
创建变量
重新回顾一下之前提到的api
private Button Search_device; //扫描设备按钮
private TextView connection_Status; //连接状态TextView
private ListView list; //设备list
BluetoothAdapter bluetoothAdapter; //蓝牙适配器
BluetoothGatt bluetoothGatt; //连接设备后的操作类
List deviceList = new ArrayList<>(); //存储扫描到的所有设备
List serviceslist = new ArrayList(); //存储连接设备的所有服务的uuid
BluetoothDevice bluetoothDevice; //某个设备
BluetoothGattService bluetoothGattServices; //对应着上文提到的服务
BluetoothGattCharacteristic characteristic_zd, characteristic_jb; //服务下的特征（characteristic）
onCeate方法
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
initView();
//蓝牙管理类，通过getSystemService(BLUETOOTH_SERVICE)的方法获取实例
BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(BLUETOOTH_SERVICE);
//通过蓝牙管理实例获取适配器，然后通过扫描方法（scan）获取设备(device)
bluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
}
initView方法代码如下,实现可连接蓝牙设备列表的点击监听
private void initView() {
Search_device = (Button) findViewById(R.id.search_device);
list = (ListView) findViewById(R.id.list);
connection_Status = (TextView) findViewById(R.id.connection_status);
Search_device.setOnClickListener(this);
//item 监听事件
list.setOnItemClickListener(new AdapterView.OnItemClickListener() {
@Override
public void onItemClick(AdapterView adapterView, View view, int i, long l) {
bluetoothDevice = deviceList.get(i);
//根据监听器返回的位置,得到扫描设备列表中对应的设备
//上文提到的，通过bluetoothDevice的connectGatt方法连接设备并返回BluetoothGatt实例
bluetoothGatt = bluetoothDevice.connectGatt(MainActivity.this, false, gattcallback);
connection_Status.setText("正在连接" + bluetoothDevice.getName() + "中...");
}
});
}
上文有提到,通过bluetoothDevice的connectGatt方法连接设备返回一个BluetoothGatt实例,如果还有印象的读者应该记得,这里的connectGatt方法需要实现三个参数，
- 上下文,这里是MainActivity.this
- 自动重连,设置为false代表不自动重连,true为自动重连
- BluetoothGattCallback类（回调），我们这里需要实现回调类的里面的方法,之后我们再看BluetoothGattCallback类的实现
点击扫描设备的监听
public void onClick(View view) {
switch (view.getId()) {
case R.id.search_device:
//开始扫描前开启蓝牙,通过intent发起一个打开蓝牙的通知
Intent Bluetooth_open_request= new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
startActivityForResult(Bluetooth_open_request, 0);
//开启一个扫描线程
Thread scanThread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
deviceList.clear(); //把之前存储的设备信息清空
bluetoothAdapter.startLeScan(callback); //调用适配器方法扫描
}
});
scanThread.start();
connection_Status.setText("正在扫描");
break;
}
}
这里的callback是一个相当于扫描到设备以后,会调用我们实现的callback中的方法,这里我们实现创建一个类实现LeScanCallback的onLeScan方法,使得设备扫描以后将新设备添加进deviceList中。
这里的callback需要和上面的BluetoothGattCallback区分开BluetoothGattCallback是与某个设备连接以后的回调,而callback是扫描设备以后的回调并没有连接设备
//扫描回调
public BluetoothAdapter.LeScanCallback callback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback()
{
@Override
public void onLeScan(final BluetoothDevice bluetoothDevice, int i, byte[] bytes) {
//使用contains方法查看当前扫描到的设备是否已经在列表中,如果不在就添加
if (!deviceList.contains(bluetoothDevice)) {
//将设备加入列表中,通过适配器显示
deviceList.add(bluetoothDevice);
list.setAdapter(new BsAdapter(MainActivity.this, deviceList));
}
}
};
这里的BsAdapter是继承BaseAdapter实现的一个适配器类
使用自定义适配器只需要写一个类继承BaseAdpter并实现4个抽象方法即可,这里不过多探讨,自定义适配器使用起来并不困难,如果需要可以自行查阅相关资料
public class BsAdapter extends BaseAdapter {
public List bluetooth_Device_list;
private LayoutInflater Lflater;
public BsAdapter(Context context , List list){
bluetooth_Device_list = list;
Lflater = LayoutInflater.from(context);
}
//获取传入的数组大小
@Override
public int getCount() {
return bluetooth_Device_list.size();
}
//获取第N条数据
@Override
public Object getItem(int i) {
return bluetooth_Device_list.get(i);
}
//获取item id
@Override
public long getItemId(int i) {
return i;
}
@Override
public View getView(int i, View view, ViewGroup viewGroup) {
ViewHolder viewHolder = new ViewHolder();
if(view == null){
view = Lflater.inflate(R.layout.devices_item , null);
viewHolder.name = (TextView) view.findViewById(R.id.bluetooth_name);
viewHolder.uuid = (TextView) view.findViewById(R.id.uuid);
viewHolder.status = (TextView) view.findViewById(R.id.status);
view.setTag(viewHolder);
}else{
viewHolder = (ViewHolder) view.getTag();
}
BluetoothDevice bd = bluetooth_Device_list.get(i);
viewHolder.name.setText(bd.getName()); //从BluetoothDevice中得到设备的名称
viewHolder.uuid.setText(bd.getAddress());//从BluetoothDevice中得到设备的MAC地址
return view;
}
//封装一个item的数据
class ViewHolder{
private TextView name , uuid , status;
}
}
连接设备的数据读写
实现BluetoothGattCallback回调
先来介绍需要实现的方法有哪些
- onConnectionStateChange（） 连接状态改变的回调方法
- onServicesDiscovered（）搜索到设备的服务时的回调方法
- onCharacteristicRead（）对characteristic读操作的回调方法
- onCharacteristicWrite（）对characteristic写操作的回调方法
先来看onConnectionStateChange方法
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, final int newState) {
super.onConnectionStateChange(gatt, status, newState);
runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
String status;
//根据返回的状态更新设置
switch (newState) {
case BluetoothGatt.STATE_CONNECTED:
connection_Status.setText("已连接");
//因为已经连接所以停止调用适配器的LeScan方法
bluetoothAdapter.stopLeScan(callback);
//获取连接设备的服务
bluetoothGatt.discoverServices();
break;
case BluetoothGatt.STATE_CONNECTING:
connection_Status.setText("正在连接");
break;
case BluetoothGatt.STATE_DISCONNECTED:
connection_Status.setText("已断开");
break;
}
}
});
}
onServicesDiscovered方法 这里遍历所有的服务以及服务下的特征,并输出其中的uuid
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
super.onServicesDiscovered(gatt, status);
//寻找到服务时
if (status == bluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
//得到连接设备的所有服务
final List services = bluetoothGatt.getServices();
runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//遍历所有服务
for (final BluetoothGattService bluetoothGattService : services) {
bluetoothGattServices = bluetoothGattService;
Log.i(TAG, "onServicesDiscovered: " + bluetoothGattService.getUuid());//输出服务对应的uuid
//将当前遍历的服务的characteristic放入list中
List charc = bluetoothGattService.getCharacteristics();
//遍历当前服务下的所有characteristic
for (BluetoothGattCharacteristic charac : charc) {
Log.i(TAG, "run: " + charac.getUuid());//输出当前遍历到的characteristic的特征值
if (charac.getUuid().toString().equals("对应的UUID"))//放入对应的特征的uuid
{
//此处为确定某个特征之后对应的操作,下面同理
bluetoothGatt.readCharacteristic(charac);//这里代表对目标特征进行读操作,当与连接设备进行读操作的时候回调方法
}
else if (charac.getUuid().toString().equals("对应的UUID"))
{
}
else if (charac.getUuid().toString().equals("对应的UUID"))
{
}
}
serviceslist.add(bluetoothGattService.getUuid().toString());
}
}
});
}
}
看看控制台输出结果,这里就是小米手环4的所有服务UUID以及服务下的characteristic的UUID
这里我们并不知道每一个服务对应的手环的什么功能,哪一个characteristic中存储了我们所需要的数据,我们都知道小米运动app在进入跑步状态时,只要手环处于连接状态就会自动的检测你的心率，与小米运动app共享数据，这里实际上就是通过其中某个uuid向手环发送了数据，手环收到消息以后开启心率检测功能并持续返回心率数据，因此这里只能模拟过程。
与连接设备读操作的回调方法
@Override
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
super.onCharacteristicRead(gatt, characteristic, status);
if (status == bluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
//这里读取一个目标特征的特征值
final int sum = characteristic.getValue()[0];
//输出
Log.e(TAG, "onCharacteristicRead: " + characteristic.getValue()[0]);
}
}
这里读取到了遍历到的第一个特征的特征值value[0]的数据,每一个特征下面都有一个value数组存储特征值
写操作的回调方法
使用bluetoothGatt.writeCharacteristic(charac)即可向设备发送数据,发送数据都是通过characteristic，发送数据的步骤通常为找到对应的目标characteristic的uuid，向characteristic中setvalue()，调用方法发送数据，等待下列回调方法调用
@Override
public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);
//写操作后的回调操作
Log.i(TAG, "onCharacteristicWrite: "+"写入数据");
}
我们队uuid为"00002a06-0000-1000-8000-00805f9b34fb"的特征发送一个数据
if(charac.getUuid().toString().equals("00002a06-0000-1000-8000-00805f9b34fb")) {
// bluetoothGatt.readCharacteristic(charac);
byte[] value = {(byte) 0x02};
charac.setValue(HexUtil.encodeHexStr(value));
bluetoothGatt.writeCharacteristic(charac);
}
可以看到下图的结果,onCharacteristicWrite中的status返回写入结果的说明
这里的0为BluetoothGatt.GATT_SUCCESS，代表成功
记步功能实时更新需要做的事
这里只是提及,因为不知道记步对应的UUID，网上也只有小米手环2的UUID说明，因此不便于验证，但是不妨碍我们正常学习。
手环记录步数在移动时必然是不断改变的,如果想要实时的更新步数的话，就需要作以下的操作
这里模拟当步数对应的特征中的值发生改变，更新新数据。
//这里可以看做对一个特征值改变的回调
@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, final BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);
final byte[] values = characteristic.getValue();//得到返回的新步数
runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//模拟更新界面显示新步数
}
});
}
总结
以上就是安卓基于BLE的蓝牙开发入门的全部内容，实际上由于UUID不明,同时手环更新换代以后的数据交互模式可能有所改变，因此读写部分只是做了控制台的简单输入输出测验，但是我相信看完这篇文章以后对安卓端的蓝牙BLE模块肯定会有较为清晰的理解,下图是程序的运行截图,最后只是简单的实现了扫描连接的界面化，并没有添加数据的读写。
蓝牙开发中的奇怪问题确实比较多，因此需要耐心查阅资料，排查可能的问题，如果文章内容有不正确的地方欢迎指正。下面附带程序截图
作者:聂历凡
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