微信小程序 - 蓝牙BLE小程序开发
1.前言
最近领导看我比较闲，安排我开发一个蓝牙BLE微信小程序，刚开始接到这个项目时，我第一反应时，"卧槽“”。老子在公司的岗位是做Windows和Android 软件开发的，看我闲，竟然让我去做小程序，我从来没有接触过。后面领导说给你一个星期，看不看能不能完成，实在没有办法，只能硬着头皮去学习小程序。
2.BLE蓝牙相关知识
2.1 经典蓝牙和蓝牙BLE的区别
蓝牙1.0~3.0都是经典蓝牙，有些人一直认为蓝牙4.0就是蓝牙BLE，是错误的。因为4.0是双模的，既包括经典蓝牙又包括低能耗蓝牙。蓝牙BLE相比于经典蓝牙的优点是搜索、连接的速度更快，关键就是BLE(Bluetooth Low Energy)低能耗，缺点呢就是传输的速度慢，传输的数据量也很小，每次只有20个字节。但是蓝牙BLE低能耗，在智能穿戴设备(手环和各种智能硬件)应用越来越广泛。
2.2 相关概念 （参考 通用属性配置文件（GATT）及其服务，特性与属性介绍 ）和 （BLE4.0教程二 蓝牙协议之服务与特征值分析）
2.2.1 特性
一个特性至少包含2个属性：一个属性用于声明，一个属性用于存放特性的值。
所有通过GATT服务传输的数据必须映射成一系列的特性，可以把特性中的这些数据看成是一个个捆绑起来的数据，每个特性就是一个自我包容而独立的数据点。 例如，如果几块数据总是一起变化，那么我们可以把它们集中在一个特性里。
2.2.2 服务
一个服务包含一个或多个特性，这些特性是逻辑上相关的集合体。
GATT服务一般包含几块具有相关的功能，比如特定传感器的读取和设置，人机接口的输入输出。组织具有相关的特性到服务中既实用又有效，因为它使得逻辑上和用户数据上的边界变得更加清晰，同时它也有助于不同应用程序间代码的重用。GATT基于蓝牙技术联盟(SIG)官方而设计，SIG建议根据它们的规范设计自己的profile。
2.2.3 UUID
“GATT层”中定义的所有属性都有一个UUID值，UUID是全球唯一的128位的号码，它用来识别不同的特性。
2.3.4 Service和Characteristic （参考 BLE4.0教程二 蓝牙协议之服务与特征值分析）
Service是服务，Characteristic是特征值。蓝牙里面有多个Service，一个Service里面又包括多个Characteristic。
蓝牙4.0是以参数来进行数据传输的，即服务端定好一个参数，客户端可以对这个参数进行读，写，通知等操作，这个东西我们称之为特征值（characteristic），但一个参数不够我们用，比如我们这个特征值是电量的值，另一个特征值是设备读取的温度值。那这时候会有多个特征值，并且我们还会对它们分类，分出来的类我们称之为服务（service）。
一个设备可以有多个服务，每一个服务可以包含多个特征值。为了方便操作，每个特征值都有他的属性，例如长度（size）,权限（permission），值（value）,描述（descriptor）。
在蓝牙协议里每个蓝牙设备都有多个Service和Characteristic ，同一个Service 有多个Characteristic 。
用什么来区分？就是UUID。每个Service或者Characteristic都有一个 128 bit 的UUID来标识。
3. 微信小程序 - 蓝牙BLE通讯
3.1 需要注意的地方
3.2 使用的API
微信小程序目前有蓝牙 API 共 18 个，其中操作蓝牙适配器的共有 4 个，分别是
wx.openBluetoothAdapter 初始化蓝牙适配器
wx.closeBluetoothAdapter 关闭蓝牙模块
wx.getBluetoothAdapterState 获取本机蓝牙适配器状态
wx.onBluetoothAdapterStateChange 监听蓝牙适配器状态变化事件
其中，扫描和获取周围BLE设备的有4个。
wx.startBluetoothDevicesDiscovery 开始搜寻附近的蓝牙外围设备
wx.stopBluetoothDevicesDiscovery 停止搜寻附近的蓝牙外围设备
wx.getBluetoothDevices 获取所有已发现的蓝牙设备
wx.onBluetoothDeviceFound 监听寻找到新设备的事件
连接BLE设备的2个：
wx.createBLEConnection 连接低功耗蓝牙设备
wx.closeBLEConnection 断开与低功耗蓝牙设备的连接
连接成功后，读写BLE对应特征对象的数据：
wx.getConnectedBluetoothDevices 根据 uuid 获取处于已连接状态的设备
wx.getBLEDeviceServices 获取蓝牙设备所有 service（服务）
wx.getBLEDeviceCharacteristics 获取蓝牙设备所有 characteristic（特征值）
wx.readBLECharacteristicValue 读取低功耗蓝牙设备的特征值的二进制数据值
wx.writeBLECharacteristicValue 向低功耗蓝牙设备特征值中写入二进制数据
wx.notifyBLECharacteristicValueChange 启用低功耗蓝牙设备特征值变化时的 notify 功能
wx.onBLECharacteristicValueChange 监听低功耗蓝牙设备的特征值变化
wx.onBLEConnectionStateChange 监听低功耗蓝牙连接的错误事件
3.3 API 操作流程
微信小程序蓝牙API 操作流程，与Android 类似，但是相比于Android 却简化了很多。
3.3.1.首先是要初始化蓝牙
// 蓝牙相关API
/**
* 1. 打开蓝牙适配器
*/
function openBle(callback) {
wx.openBluetoothAdapter({
success: function (res) {
writeLogcat('初始化蓝牙适配器成功' + JSON.stringify(res));
callback(0, null);
},
fail: function (res) {
writeLogcat('初始化蓝牙适配器失败， 失败原因： ' + JSON.stringify(res));
callback(1, null);
}
})
}3.3.2. 开启蓝牙搜索,并获取蓝牙设备列表 wx.getBluetoothAdapterState --> wx.onBluetoothAdapterStateChange --> wx.startBluetoothDevicesDiscovery --> wx.onBluetoothDeviceFound --> getBluetoothDevices
/**
* 3. 扫描蓝牙设备
*/
function scanBle(callback) {
//开始搜寻附近的蓝牙外围设备
wx.startBluetoothDevicesDiscovery({
success: function (res) {
writeLogcat("成功打开，开始搜寻附近的蓝牙外围设备 ..." + JSON.stringify(res));
wx.getBluetoothDevices({
success: function (res) {
writeLogcat("发现外围蓝牙设备， 设备信息 =" + JSON.stringify(res));
callback(0, res);
},
fail: function (res) {
writeLogcat("发送外围蓝牙设备失败， 失败原因 =" + JSON.stringify(res));
callback(1, null);
}
})
},
fail: function (res) {
writeLogcat("扫描失败蓝牙设备 ..." + JSON.stringify(res));
callback(1, null);
}
})
}
3.3.3. 选择蓝牙设备获取相应的deviceId（对于需要通讯的蓝牙设备和设备的服务UUID 和特征UUID 需要事先知道，到底与那个BLE设备通讯，不然就算蓝牙设备搜索出来，也不知道）
3.3.4. 连接蓝牙设备 wx.createBLEConnection --> wx.getBLEDeviceService(获取设备的ServiceId)
注意：使用wx.notifyBLECharacteristicValueChange(Object object) 对于接收BLE蓝牙设备数据的方式一般的特征有两种（notify 和 indicate ），网上大部分都是使用notify特征的，很少人使用Indicate， 所以需要根据具体使用哪种，从而注册相应特征的通知回调函数，微信的API 也有提到
/**
* 4. 连接蓝牙设备 -- 适应 IOS 和 Android
*
* devices 成员
* deviceId 设备MAC地址
* serviceUUIdD 设备服务UUID
* writeCharacteristicsUUID 写特征UUID
* readCharacteristicsUUID 读特征UUID
* indicateCharacteristicsUUID 通知特征UUID
*/
function connectBle(devices, callback) {
//1. 从devices 中获取蓝牙设备mac 地址
var deviceId = devices.deviceId;
var serviceUUID = null;
connectedDeviceId = deviceId;
writeLogcat("目标蓝牙设备mac地址 = " + deviceId);
wx.createBLEConnection({
deviceId: deviceId,
success: function (res){
writeLogcat('蓝牙设备连接成功');
wx.getBLEDeviceServices({
deviceId: deviceId,
success: function (res) {
var deviceService = res.services;
writeLogcat('获取蓝牙设备Service信息 = ' + JSON.stringify(res));
//连接设备成功，关闭蓝牙发现
wx.stopBluetoothDevicesDiscovery();
//轮询设备服务UUID
var isMatch = false;
for (var ik = 0; ik < deviceService.length; ik++) {
serviceUUID = deviceService[ik].uuid;
writeLogcat("目标蓝牙设备 serviceUUID =" + serviceUUID);
//已经匹配上ServiceUUID, 获取相关特征UUIDS
if (serviceUUID != devices.serviceUUIdD)
continue;
else {
isMatch = true;
break;
}
}
if (isMatch == false)
{
writeLogcat("未找到目标服务 ...");
callback(1, "未找到目标服务 ...");
return;
}
writeLogcat("匹配服务 serviceUUID =" + serviceUUID);
//获取蓝牙服务成功ID成功，获取特征值
wx.getBLEDeviceCharacteristics({
deviceId: deviceId,
serviceId: serviceUUID,
//获取特征值成功
success: function (res) {
writeLogcat("蓝牙设备特征值信息 = " + JSON.stringify(res));
//遍历特征值，找到指定的通知特征，读和写特征值
for (var ik = 0; ik < res.characteristics.length; ik++) {
var characteristicsUUID = res.characteristics[ik].uuid;
writeLogcat("res.characteristics[" + ik + "] uuid = " + characteristicsUUID);
writeLogcat("res.characteristics[" + ik + "] properties = " + JSON.stringify(res.characteristics[ik].properties));
//保存特征值，如果是通知特征，则需要开启通知服务
if (res.characteristics[ik].properties.read == true)
{
globalReadCharacteristicsUUID = characteristicsUUID;
writeLogcat("读特征UUID = " + characteristicsUUID);
}
if (res.characteristics[ik].properties.write == true)
{
globalWriteCharacteristicsUUID = characteristicsUUID;
writeLogcat("写特征UUID = " + characteristicsUUID);
}
//启用低功耗蓝牙设备特征值变化时的 notify 功能
if (res.characteristics[ik].properties.indicate == true) {
//保存indicate 特征uuid
globalIndicateCharacteristicsUUID = characteristicsUUID;
writeLogcat("指示特征UUID = " + characteristicsUUID);
wx.notifyBLECharacteristicValueChange({
deviceId: deviceId,
serviceId: serviceUUID,
characteristicId: characteristicsUUID,
state: true, //开启通知功能
success: function (res) {
writeLogcat("启用低功耗蓝牙设备特征值变化时的 notify 功能成功," + JSON.stringify(res));
//注册通知特征，回调函数
wx.onBLECharacteristicValueChange(receiveBleData);
callback(0, res);
},
fail: function (res) {
writeLogcat("启用低功耗蓝牙设备特征值变化时的功能失败，失败原因 = " + JSON.stringify(res));
callback(1, res);
},
});
}
}
},
fail: function (res) {
writeLogcat('获取设备特征值失败, 失败原因 =' + JSON.stringify(res));
callback(1, res);
},
});
},
fail: function (res) {
writeLogcat('获取设备服务失败，失败原因 = ' + JSON.stringify(res));
callback(1, res);
}
});
},
fail: function (res) {
writeLogcat('蓝牙设备连接失败，请稍后重试，失败原因 = ' + JSON.stringify(res));
callback(1, res);
}
});
}
3.3.5 关闭蓝牙连接
/**
* 5. 断开与蓝牙设备连接
*/
function disconnectBle(callback) {
wx.closeBLEConnection({
deviceId:connectedDeviceId,
success: function (res){
writeLogcat('断开蓝牙设备成功：' + JSON.stringify(res));
callback(0, res);
},
fail: function (res) {
writeLogcat('断开蓝牙设备失败：' + JSON.stringify(res));
callback(1, res);
}
})
}
3.3.6 ble 发送数据
/**
* 发送20个字节
*/
function writeBle(devices, cmd, onSuccessCallback, onFailCallback)
{
writeLogcat("发送第" + globalIndex + "包 = " + cmd);
//需要发送的数据
var packetBuffer = stringToArrayBuffer(cmd);
wx.writeBLECharacteristicValue({
deviceId: devices.deviceId,
serviceId: devices.serviceUUId,
characteristicId: devices.writeCharacteristicsUUID,
value: packetBuffer,
success: function (res){
//发送成功
writeLogcat("蓝牙发送成功");
onSuccessCallback();
},
fail: function (res) {
writeLogcat("蓝牙发送失败，失败原因： " + JSON.stringify(res));
//onFailCallback();
},
});
3.3.6 读取串口发送的数据
wx.getBLEDeviceCharacteristics --> success:wx.notifyBLECharacteristicValueChange --> success:wx.readBLECharacteristicValue --> wx.onBLECharacteristicValueChange
/**
* 2. 接收数据处理 -- 打开定时器，200ms 超时表示接收完成
*/
function receiveBleData(res)
{
var dataStr = arrayBufferToHexString(res.value).toUpperCase();
writeLogcat("接收长度 = " + (dataStr.length / 2) + ", 数据 = " + dataStr);
globalReceiveBuffer += dataStr;
globalPacketTotalLength += (dataStr.length / 2);
writeLogcat("当前接收总长度 = " + globalPacketTotalLength);
//收到包头，计算微信协议数据包总长度
if (dataStr.substr(0, 2) == "FE" && globalIsCalwxProtocolLength == false)
{
globalIsCalwxProtocolLength = true;
//计算微信协议数据总长度
globalwxPacketLength = hex2StringToInt(dataStr.substr(4, 4));
writeLogcat("微信协议数据总长度 = " + globalwxPacketLength);
}
else
{
//判断是否接收完整一包的微信协议包，是则调用回调处理
//接收长度大于等于微信协议长度
if (globalPacketTotalLength >= globalwxPacketLength && globalIsCalwxProtocolLength == true)
{
//处理数据
writeLogcat("接收完整一包完成，开始处理数据");
writeLogcat("完整一包数据 = " + globalReceiveBuffer);
sleep(100);
processwxProtocol(globalReceiveBuffer);
// wx.onBLECharacteristicValueChange(receiveBleData);
//等待接收下一包
globalReceiveBuffer = "";
globalPacketTotalLength = 0;
globalwxPacketLength = 0;
globalIsCalwxProtocolLength = false;
}
else
{
globalReceiveBuffer = "";
globalPacketTotalLength = 0;
globalwxPacketLength = 0;
globalIsCalwxProtocolLength = false;
}
}
}
3.3.7 关闭蓝牙适配器
/***
* 2. 关闭蓝牙适配器
*/
function closeBle(callback) {
wx.closeBluetoothAdapter({
success: function (res) {
writeLogcat("关闭蓝牙适配器成功，" + JSON.stringify(res));
callback(0, null);
},
fail: function (res) {
writeLogcat("关闭蓝牙适配器失败， 失败原因： " + JSON.stringify(res));
callback(1, null);
}
})
}
问题总结:
1. android手机使用小程序的BLE模块，广播中的deviceId表示设备的mac信息，ios系统则是手机mac和设备mac加密产生的uuid值！连接设备也如此：安卓直接使用mac进行连接操作；但ios使用广播中读取到的UUID进行连接。
简而言之，全是扫描到设备后的deviceId信息。
2. Android手机使用小程序操作BLE设备，连接成功后可以直接进行特征数据的获取；但ios直接调用时，会出现10004的报错 官方文档报错信息连接。
如何解决ios手机使用小程序BLE报错问题。
只需要在连接成功和读设备特征数据之间，进行一项开启通信服务操作即可，按照java android开发ble规范来说，连接成功后是需要优先开启服务的，所以android和ios都统一开启服务！！
3.ISO 系统：
1.1 我使用自己的手机（型号是iPhone XS Max 系统版本: ios13.1 ）测试时，发现怎么初始化蓝牙适配器总是失败，后来怀疑是不是系统太新了，小程序底层没有适配，于是迫不得已我当天晚上在宿舍刷机（o(╥﹏╥)o），刷回ios12.4.1 测试发现可以初始化蓝牙适配器，后来第二天早上在上班路上，看最先ios13 新闻，突然间想起来在ios13 新增蓝牙权限，是不是权限问题呢？于是，我又把手机升级到ios13.0 测试发现真的是权限问题。o(╥﹏╥)o 白白刷了两次手机。
4. 蓝牙BLE 最大支持20个字节发送，因此，超过20个字节需要分包发送。
参考文章
通用属性配置文件（GATT）及其服务，特性与属性介绍