蓝牙技术最初由爱立信(也就是多年前手机做得最丑最奇葩的公司,最终被用户以脚投票踢出市场)创制。技术始于爱立信公司的1994方案,它是研究在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。发明者希望为设备间的通讯创造一组统一规则(标准化协议),以解决用户间互不兼容的移动电子设备。1997年前爱立信公司以此概念接触了移动设备制造商,讨论其项目合作发展,结果获得支持。
1998年5月20日,索尼爱立信、国际商业机器、诺基亚等业界龙头创立“特别兴趣小组”(Special Interest Group,SIG),即[蓝牙技术联盟的前身,目标是开发一个成本低、效益高、可以在短距离范围内随意无线连接的蓝牙技术标准。
这项无线技术的名称取自古代丹麦维京国王Harald Blåtand的名字,他以统一了因宗教战争和领土争议而分裂的挪威与丹麦而闻名于世,而这个名字的英文便是Harald Bluetooth。
1998年时蓝牙推出0.7规格,支持Baseband与LMP(Link Manager Protocol)通讯协定两部分。1999年推出先后0.8版,0.9版、1.0 Draft版,1.0a版、1.0B版。1.0 Draft版,完成SDP(Service Discovery Protocol)协定、TCS(Telephony Control Specification)协定。1999年7月26日正式公布1.0版,确定使用2.4GHz频谱,最高资料传输速度1Mbps,同时开始了大规模宣传。和当时流行的红外线技术相比,蓝牙有着更高的传输速度,而且不需要像红外线那样进行接口对接口的连接,所有蓝牙设备基本上只要在有效通讯范围内使用,就可以进行随时连接。
当1.0规格推出以后,蓝牙并未立即受到广泛的应用,除了当时对应蓝牙功能的电子设备种类少,蓝牙装置也十分昂贵。2001年的1.1版正式列入IEEE标准,Bluetooth 1.1即为IEEE 802.15.1。同年,SIG成员公司超过2000家。过了几年之后,采用蓝牙技术的电子装置如雨后春笋般增加,售价也大幅下降。为了扩宽蓝牙的应用层面和传输速度,SIG先后推出了1.2、2.0版,以及其他附加新功能,例如EDR(Enhanced Data Rate,配合2.0的技术标准,将最大传输速度提高到3Mbps)、A2DP(Advanced Audio Distribution Profile,一个控音轨分配技术,主要应用于立体声耳机、AVRCP(A/V Remote Control Profile)等。Bluetooth 2.0将传输率提升至2Mbps、3Mbps,远大于1.x版的1Mbps(实际约723.2kbps)。
蓝牙从1.0到2.0其速度与传输距离一直是其硬伤,使用体验极差文件型的数据传输几乎等于不可用,所以我一直对蓝牙设备不感冒。直至遇到BLE的出现也就是低功耗蓝牙,来看看4.0之后的蓝牙有何技术特性吧:
蓝牙4.0是Bluetooth SIG于2010年7月7日推出的新的规范。其最重要的特性是支持省电
蓝牙4.1是蓝牙技术联盟于2013年底推出的新的规范,其目的是为了让 Bluetooth Smart 技术最终成为物联网(Internet of Things)发展的核心动力。
此版本为蓝牙4.0的软件更新版本,搭载蓝牙4.0设备的终端可通过软件更新获得此版本。
对于开发人员而言,该更新是蓝牙技术发展史上一项重要的进步。该更新提供了更高的灵活性和掌控度,让开发人员能创造更具创新并催化物联网(IOT)发展的产品。
支持多设备连接。
蓝牙4.2是蓝牙技术联盟于2014年12月推出的新的规范。
蓝牙5在2016年6月被宣布。在有效传输距离上将是4.2LE版本的4倍(理论上可达300米),传输速度将是4.2LE版本的2倍(速度上限为24Mbps)。蓝牙5.0还支持室内定位导航功能(结合WiFi可以实现精度小于1米的室内定位),允许无需配对接受信标的数据(比如广告、Beacon、位置信息等,传输率提高了8倍),针对物联网进行了很多底层优化。
看完这些特性除了不能上网以外其它的无线能力几乎都能秒杀WIFI了。
在进入IOS之前我们得深入到的理论领域,了解蓝牙4.0中的一些基本的术语:
下图你在Apple的开发者网站上也能找到:
先创建一个 Swift 的工程,然后引入CoreBluetooth
,它就是iOS中提供蓝牙通信的核心库。然后ViewController必须实现 CBCentralManagerDelegate
,CBPeripheralDelegate
两个接口:
import CoreBluetooth
import UIKit
class ViewController: UIViewController, CBCentralManagerDelegate,CBPeripheralDelegate {
override func viewDidLoad() {
super.viewDidLoad()
}
}
1.) 建立中心角色
然后要定义一个管理中心的对象变量,它就是蓝牙控制的主入口,然后在viewDidLoad()
中实例化它:
class ViewController: UIViewController, CBCentralManagerDelegate,CBPeripheralDelegate {
var manager : CBCentralManager!
override func viewDidLoad() {
super.viewDidLoad()
manager = CBCentralManager.init(delegate: self, queue: DispatchQueue.main)
}
}
2.) 扫描外设
管理中心一但被初始化后就会检查当前手机上的蓝牙状态,并调用 centralManagerDidUpdateState
方法,假设完整初始化后就马上进行设备扫描,那就要在centralManagerDidUpdateState
中进行,在 viewDidLoad
下方加入以下的代码:
func centralManagerDidUpdateState(_ central: CBCentralManager) {
switch central.state {
case .unknown:
print("未知的蓝牙设备")
case .resetting:
print("蓝牙正在被重置中")
case .unsupported:
print("不支持蓝牙服务")
case .unauthorized:
print("蓝牙服务未被授权")
case .poweredOff:
print("蓝牙服务已关闭")
case .poweredOn:
print("蓝牙已启动,开始扫描...")
startScan()
}
}
/// 扫描蓝牙设备
func startScan() {
manager.scanForPeripherals(withServices: nil, options: nil)
}
注:只有返回
.poweredOn
状态下才能进行蓝牙设备的扫描。
scanForPeripherals
方法就是对可发现的蓝牙设备进行扫描,输入的参数可以作一些过滤条件,我这里是不加任何的过滤条件无差别化地扫描。
3.) 连接外设
当scanForPeripherals
方法被调用后,CoreBluetooth
就会调用centralManager(_ central: CBCentralManager, didDiscover peripheral: CBPeripheral, advertisementData: [String : Any], rssi RSSI: NSNumber)
,所以我们就得在这个方法内将我们的目标蓝牙设备找出来,然后用一个变量Hold住它,否则这个外设就会被释放掉,然后你就会在XCode中得到一条提示信息说你没有Hold住你需要的设备变量了。
// 定义一个变量来Hold住目标设备
var connectedPeripheral : CBPeripheral!
func centralManager(_ central: CBCentralManager, didDiscover peripheral: CBPeripheral, advertisementData: [String : Any], rssi RSSI: NSNumber) {
if (peripheral.name=="BT05") {
manager.connect(peripheral, options:nil)
// 找到的设备必须持有它,否则CBCentralManager中也不会保存peripheral,那么CBPeripheralDelegate中的方法也不会被调用!
connectedPeripheral = peripheral
print("正在连接:\(peripheral.name)...")
}
}
由于我不知道我的设备的ServiceUUID是什么,为了方便我编码的需要所以我只找一个名为"BT05"的设备名称(这是我蓝牙模块的默认名字)找到之后就马上调用connect
进行连接,注意:当中心对象不停止扫描(manager.stopScan()
)以上的方法就会不断地被调用
一个主设备最多能连7个外设,每个外设最多只能给一个主设备连接,连接成功,失败,断开会进入各自的委托
func centralManager(_ central: CBCentralManager, didConnect peripheral: CBPeripheral)
func centralManager(_ central: CBCentralManager, didFailToConnect peripheral: CBPeripheral, error: Error?)
func centralManager(_ central: CBCentralManager, didDisconnectPeripheral peripheral: CBPeripheral, error: Error?)
下文就会补充这几个委托方法的实现
4.1) 获取外设的服务
当连接成功后 centralManager(_ central: CBCentralManager, didConnect peripheral: CBPeripheral)
就会被调用,在这里我们会设置找到的外设对象的委托(self),通常这个方法内会做另一种筛选那就是服务特征,通俗点说就是这个蓝牙设备可以提供些啥服务,例如写入,读取,或者其它什么的一些动作。
func centralManager(_ central: CBCentralManager, didConnect peripheral: CBPeripheral){
print("正在查找Service")
// 外设寻找目标服务
peripheral.discoverServices(nil)
peripheral.delegate = self
self.title = peripheral.name
// 停止扫描
manager.stopScan()
}
4.2) 获取外设特征
discoverServices(nil)
传入了nil
那么就啥服务信息都直接获取,然后对服务进行发现,这个过程和前文中的设备发现非常的像
// 这个服务地址可以从设备中查到的
let ServiceUUID = "FFE0"
//扫描到Services
func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverServices error: Error?){
if (error != nil){
print("查找 services 时 \(peripheral.name) 报错 \(error?.localizedDescription)")
}
for service in peripheral.services! {
// 需要连接的 CBCharacteristic 的 UUID
if service.uuid.uuidString == ServiceUUID {
peripheral.discoverCharacteristics(nil, for: service)
}
}
}
5) 与外设做数据交互
这样我们实现的CBPeripheralDelegate
委托接口中的peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?)
将会被调用,用于读取蓝牙传过来的数据。
// 同理我们要Hold住特征变量,否则会被释放掉
var savedCharacteristic : CBCharacteristic!
var lastString : NSString!
// Interface Build 中的标签对象,用来显示从传感器读取的室温
@IBOutlet weak var �lbTemperature: UILabel!
//获取的charateristic的值,处理收接到的数据
func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?) {
// 好了,charcteristic.value 就是从蓝牙设备传过来的原数据内容,我们可以在这里进行处理
let resultStr = NSString(data: characteristic.value!, encoding: String.Encoding.utf8.rawValue)
print(resultStr)
// 将温度显示到标签中
lbTemperature.text = resultStr
if lastString == resultStr {
return;
}
self.savedCharacteristic = characteristic
}
6) 订阅 Characteristic 的通知
由于BLE4.0的"减弱式呼吸"工作特性我们需要对外设置发出的通知进行订阅,如数据发生改变中心可以第一时间获知。
/// 扫描到 characteristic 时
func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverCharacteristicsFor service: CBService, error: Error? {
if error != nil {
print("查找 characteristics 时 \(peripheral.name) 报错 \(error?.localizedDescription)")
}
//获取Characteristic的值,读到数据会进入方法:
for characteristic in service.characteristics! {
peripheral.readValue(for: characteristic)
//设置 characteristic 的 notifying 属性 为 true , 表示接受广播
peripheral.setNotifyValue(true, for: characteristic)
}
}
7) 断开连接
其实到此这个App就完成了,以下的这些代码是对相关的错误处理进行补全:
/// 连接到Peripherals-失败
func centralManager(_ central: CBCentralManager, didFailToConnect peripheral: CBPeripheral, error: Error?){
print("连接到名字为 \(peripheral.name) 的设备失败,原因是 \(error?.localizedDescription)")
}
/// 断开
func centralManager(_ central: CBCentralManager, didDisconnectPeripheral peripheral: CBPeripheral, error: Error?){
print("连接到名字为 \(peripheral.name) 的设备断开,原因是 \(error?.localizedDescription)"
let alertView = UIAlertController.init(title: "抱歉", message: "蓝牙设备\(peripheral.name)连接断开,请重新扫描设备连接", preferredStyle: UIAlertControllerStyle.alert)
alertView.show(self, sender: nil)
}
func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didWriteValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?){
if error != nil{
print("写入 characteristics 时 \(peripheral.name) 报错 \(error?.localizedDescription)")
}
// 这里可以处理向设备写入数据时的回调
}
在下一篇中将会介绍蓝牙设备与Arduino 一端关于硬件部分与固件部分的制作。