Android BLE蓝牙4.0开发详解

这篇博客主要讲解 蓝牙 BLE 的用法。在讲解之前先讲一些概念性的东西，对于之前没接触过蓝牙开发，现在手上又有个蓝牙BLE项目需要做的人，先看下这些概念还是很重要的。因为我之前就是这样，之前没有接触过蓝牙方面的开发，然后来了个蓝牙的项目，于是就到网上百度了一番，于是有点茫然，产生了几点疑惑：
            1：发现蓝牙有传统蓝牙和低功耗蓝牙（ble）之分。那么什么是传统蓝牙，什么又是低功耗蓝牙？之前又没做过蓝牙开发，我该用哪种方式去开发我这个项目？用最新的 方式的话，传统方式蓝牙开发我是不是该要先了解？
            2：蓝牙到底有哪些版本？哪些版本称为传统蓝牙？哪些版本称为低功耗蓝牙？           
            3：传统蓝牙和低功耗蓝牙有什么区别？为什么低功耗蓝牙的出现使得智能能穿戴越来越流行？

             带着这些疑问，我又进行了一番的搜索，先把概念搞清，在研究了几份代码，才渐渐弄明白，再开发项目。

             蓝牙我们应该很早就听过，最常见的就是原来我们偶尔通过手机上的蓝牙来传输文件。貌似在低功耗蓝牙出现之前，蓝牙我们使用的并不多，蓝牙的产品貌似也不是很多。2010年6月30号蓝牙技术联盟推出了低功耗蓝牙，经过几年的发展，市场上基于低功耗系列的硬件产品越来越多，开发硬件，软件的厂商，公司越来越多。

             蓝牙发展至今经历了8个版本的更新。1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1、4.2。那么在1.x~3.0之间的我们称之为传统蓝牙，4.x开始的蓝牙我们称之为低功耗蓝牙也就是蓝牙ble，当然4.x版本的蓝牙也是向下兼容的。android手机必须系统版本4.3及以上才支持BLE API。低功耗蓝牙较传统蓝牙，传输速度更快，覆盖范围更广，安全性更高，延迟更短，耗电极低等等优点。这也是为什么近年来智能穿戴的东西越来越多，越来越火。还有传统蓝牙与低功耗蓝牙通信方式也有所不同，传统的一般通过socket方式，而低功耗蓝牙是通过Gatt协议来实现。若是之前没做过传统蓝牙开发，也是可以直接上手低功耗蓝牙开发的。因为它们在通信协议上都有所改变，关联不大。当然有兴趣的可以去下载些传统蓝牙开发的demo看看，在看看低功耗蓝牙的demo。两者的不同之处自然容易看出来。好了，我们下面开始讲低功耗蓝牙开发吧。低功耗蓝牙也叫BLE，下面都称之为BLE。

             BLE分为三部分：Service，Characteristic，Descriptor。这三部分都用UUID作为唯一标识符。UUID为这种格式：0000ffe1-0000-1000-8000-00805f9b34fb。比如有3个Service，那么就有三个不同的UUID与Service对应。这些UUID都写在硬件里，我们通过BLE提供的API可以读取到。

          一个BLE终端可以包含多个Service， 一个Service可以包含多个Characteristic，一个Characteristic包含一个value和多个Descriptor，一个Descriptor包含一个Value。Characteristic是比较重要的，是手机与BLE终端交换数据的关键，读取设置数据等操作都是操作Characteristic的相关属性。

            比如我有个BLE的硬件，我们可以用android 版本的light blue去连接上这个硬件，没有的话我文章底部提供了下载链接，不过它在android5.0以上跑不起来，大家也可以下载另外两个源码跑起来也可以连接上，不过这个android 版本的light blue最好用了。进入应用，就可以扫描到你的BLE设备，点击就会连接上，然后我们可以看到UUID列表，这里每一行的UUID都代表一个Service，再点击任意一行进去，又可以看到一个UUID列表，这里每一行的UUID都代表一个Characteristic，再点击任意一行进去，即可以操作这个Characteristic，比如写入数据或者读出数据等。

            好了，那我们来根据代码讲解下吧。代码有上传，里面有Bluetooth4_3/BLEDemo/Android_Lightblue.apk。下面讲解的是根据代码Bluetooth4_3来讲解的。

            1：首先在程序里我们要开启蓝牙权限

在应用程序manifest文件中添加如下代码，声明蓝牙权限。

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如果你想声明你的应用程序只能在支持BLE的设备上运行，可以将下面声明包含进你的应用程序manifest文件中：

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然而，如果你想让你的应用程序也能够在不支持BLE的设备上运行，你就应该将上面标签中的属性设置为required="false"。然后在运行的过程中使用PackageManager.hasSystemFeature()方法来判断设备是否支持BLE：

1. if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {

2. Toast.makeText( this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();

3. finish();

4. }

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             2：判断设备是否支持蓝牙ble

1. // 检查当前手机是否支持ble 蓝牙,如果不支持退出程序

2. if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {

3. Toast.makeText( this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();

4. finish();

5. }

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           3：获取蓝牙适配器BluetoothAdapter
可以通过以下两种方式获取

1. final BluetoothManager bluetoothManager =(BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);

2. BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

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BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();     
 

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//如果mBluetoothAdapter == null，说明设备不支持蓝牙
 

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           4：弹出是否启用蓝牙的对话框

1. if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {

2. Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);

3. startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);

4. }

5. @Override

6. protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {

7. switch (requestCode) {

8. case REQUEST_ENABLE:

9. if (resultCode == Activity.REQUEST_ENABLE_BT) {

10. Toast.makeText( this, "蓝牙已启用", Toast.LENGTH_SHORT).show();

11. } else {

12. Toast.makeText( this, "蓝牙未启用", Toast.LENGTH_SHORT).show();

13. }

14. break;

15. }

16. }

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//也可以直接调用mBluetoothAdapter.enable()mBluetoothAdapter.disable()来启用禁用蓝牙。不过这种方式不会弹出询问对话框
 

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            5：搜索设备

1. private void scanLeDevice(final boolean enable) {

2. if (enable) {

3. // Stops scanning after a pre-defined scan period.

4. mHandler.postDelayed( new Runnable() {

5. @Override

6. public void run() {

7. mScanning = false;

8. mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);

9. }

10. }, SCAN_PERIOD); //10秒后停止搜索

11. mScanning = true;

12. mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback); //开始搜索

13. } else {

14. mScanning = false;

15. mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback); //停止搜索

16. }

17. }

18. //启动搜索的操作最好放在Activity的onResume里面或者服务里面，我有发现放在onCreate有时响应不及时

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        6：搜索到设备会回调LeScanCallback接口

1. private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {

2. @Override

3. public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {

4. runOnUiThread( new Runnable() {

5. @Override

6. public void run() {

7. //在这里可以把搜索到的设备保存起来

8. //device.getName();获取蓝牙设备名字

9. //device.getAddress();获取蓝牙设备mac地址

10. }

11. });

12. }

13. };

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        7：选择一个设备进行连接。连接后会返回一个BluetoothGatt 类型的对象，这里定义为mBluetoothGatt。该对象比较重要，后面发现服务读写设备等操作都是通过该对象。
代码里建了一个service，里面封装了连接，读写设备等操作。连接是通过获取到的mac地址去进行连接操作就可以了。

1. public boolean connect(final String address) {

2. if (mBluetoothAdapter == null || address == null) {

3. Log.w(TAG, "BluetoothAdapter not initialized or unspecified address.");

4. return false;

5. }

6. // Previously connected device. Try to reconnect. (先前连接的设备。 尝试重新连接)

7. if (mBluetoothDeviceAddress != null&& address.equals(mBluetoothDeviceAddress)&& mBluetoothGatt != null) {

8. Log.d(TAG, "Trying to use an existing mBluetoothGatt for connection.");

9. if (mBluetoothGatt.connect()) {

10. mConnectionState = STATE_CONNECTING;

11. return true;

12. } else {

13. return false;

14. }

15. }

16. final BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);

17. if (device == null) {

18. Log.w(TAG, "Device not found. Unable to connect.");

19. return false;

20. }

21. // We want to directly connect to the device, so we are setting the

22. // autoConnect

23. // parameter to false.

24. mBluetoothGatt = device.connectGatt( this, false, mGattCallback); //该函数才是真正的去进行连接

25. Log.d(TAG, "Trying to create a new connection.");

26. mBluetoothDeviceAddress = address;

27. mConnectionState = STATE_CONNECTING;

28. return true;

29. }

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          8：连接后会回调BluetoothGattCallback接口，包括读取设备，往设备里写数据及设备发出通知等都会回调该接口。其中比较重要的是BluetoothGatt。

1. private final BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() {

2. @Override //当连接上设备或者失去连接时会回调该函数

3. public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,int newState) {

4. if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) { //连接成功

5. mBluetoothGatt.discoverServices(); //连接成功后就去找出该设备中的服务 private BluetoothGatt mBluetoothGatt;

6. } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) { //连接失败

7. }

8. }

9. @Override //当设备是否找到服务时，会回调该函数

10. public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {

11. if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) { //找到服务了

12. //在这里可以对服务进行解析，寻找到你需要的服务

13. } else {

14. Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);

15. }

16. }

17. @Override //当读取设备时会回调该函数

18. public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {

19. System.out.println( "onCharacteristicRead");

20. if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {

21. //读取到的数据存在characteristic当中，可以通过characteristic.getValue();函数取出。然后再进行解析操作。

22. //int charaProp = characteristic.getProperties();if ((charaProp | BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY) > 0)表示可发出通知。 判断该Characteristic属性

23. }

24. }

26. @Override //当向设备Descriptor中写数据时，会回调该函数

27. public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {

28. System.out.println( "onDescriptorWriteonDescriptorWrite = " + status + ", descriptor =" + descriptor.getUuid().toString());

29. }

31. @Override //设备发出通知时会调用到该接口

32. public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic) {

33. if (characteristic.getValue() != null) {

34. System.out.println(characteristic.getStringValue( 0));

35. }

36. System.out.println( "--------onCharacteristicChanged-----");

37. }

39. @Override

40. public void onReadRemoteRssi(BluetoothGatt gatt, int rssi, int status) {

41. System.out.println( "rssi = " + rssi);

42. }

43. @Override //当向Characteristic写数据时会回调该函数

44. public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {

45. System.out.println( "--------write success----- status:" + status);

46. };

47. }

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                9：设备连接成功并回调BluetoothGattCallback接口里面的onConnectionStateChange函数，然后调用mBluetoothGatt.discoverServices();去发现服务。发现服务后会回调BluetoothGattCallback接口里面的 onServicesDiscovered函数，在里面我们可以获取服务列表。

1. public List getSupportedGattServices() {

2. if (mBluetoothGatt == null)

3. return null;

4. return mBluetoothGatt.getServices(); //此处返回获取到的服务列表

5. }

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                10：获取到服务列表后自然就是要对服务进行解析。解析出有哪些服务，服务里有哪些Characteristic，哪些Characteristic可读可写可发通知等等。

1. private void displayGattServices(List gattServices) {

2. if (gattServices == null)

3. return;

4. for (BluetoothGattService gattService : gattServices) { // 遍历出gattServices里面的所有服务

5. List gattCharacteristics = gattServices.getCharacteristics();

6. for (BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic : gattCharacteristics) { // 遍历每条服务里的所有Characteristic

7. if (gattCharacteristic.getUuid().toString().equalsIgnoreCase(需要通信的UUID)) {

8. // 有哪些UUID，每个UUID有什么属性及作用，一般硬件工程师都会给相应的文档。我们程序也可以读取其属性判断其属性。

9. // 此处可以可根据UUID的类型对设备进行读操作，写操作，设置notification等操作

10. // BluetoothGattCharacteristic gattNoticCharacteristic 假设是可设置通知的Characteristic

11. // BluetoothGattCharacteristic gattWriteCharacteristic 假设是可读的Characteristic

12. // BluetoothGattCharacteristic gattReadCharacteristic 假设是可写的Characteristic

13. }

14. }

15. }

16. }

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              11：可接收通知的UUID，设置其可以接收通知（notification）。下面函数参数为10中的gattNoticCharacteristic

1. public void setCharacteristicNotification(BluetoothGattCharacteristic characteristic, boolean enabled) {

2. if (mBluetoothAdapter == null || mBluetoothGatt == null) {

3. Log.w(TAG, "BluetoothAdapter not initialized");

4. return;

5. }

6. mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enabled);

7. BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(UUID

8. .fromString(SampleGattAttributes.CLIENT_CHARACTERISTIC_CONFIG));

9. if (descriptor != null) {

10. System.out.println( "write descriptor");

11. descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);

12. mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);

13. }

15. }

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              12：可读的UUID。下面函数参数为10中的gattReadCharacteristic。readCharacteristic调用成功会回调步骤8中的onCharacteristicRead函数

1. public void readCharacteristic(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {

2. if (mBluetoothAdapter == null || mBluetoothGatt == null) {

3. Log.w(TAG, "BluetoothAdapter not initialized");

4. return;

5. }

6. mBluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic);

7. }

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               13：可写的UUID。下面函数参数为10中的gattWriteCharacteristic。writeCharacteristic调用成功会回调步骤8中的onCharacteristicWrite函数

1. public void wirteCharacteristic(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {

3. if (mBluetoothAdapter == null || mBluetoothGatt == null) {

4. Log.w(TAG, "BluetoothAdapter not initialized");

5. return;

6. }

8. mBluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic);

10. }

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              14：一般硬件里读出写入的数据为二进制类型，所以要熟悉整型，字符串，二进制，十六进制等它们之间的转换。有时间的话再整理一份进制数据转换的。好了整个BLE的工作过程差不多就这些，剩下的就是看自己怎么去处理获取到的那些数据呈现到界面了。

代码说明： 下面是源码下载。源码里面有Bluetooth4_3/BLEDemo/Android_Lightblue.apk三个.前两个是BLE的demo。我们上面讲解的是基于Bluetooth4_3这个demo讲解的。BLEDemo 这个功能较Bluetooth4_3多一些，有兴趣的可以都看下。Android_Lightblue.apk是Android版的lightblue，在进行ble开发的时候用该app作为辅助工具还是不错的，功能较Bluetooth4_3 BLEDemo 这两个demo都强大。不过Android_Lightblue.apk在android5.0以上的版本手机上运行不起来，我也没有该app的源码。看看后面会不会有更新

源码下载

蓝牙开发遇到的坑

1.onServicesDiscovered 回调里不能直接执行 write /readDataFromCharacteristic() 或者 enableNotificationOfCharacteristic之类的，而要放到主线程里执行，如 handler.post( … );

2.如果发现连接上了，service也discover到了，但是始终不能触发onCharacteristicChanged的，一定要查找如下2个重要原因：
1). 一定要gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enable);
2). 如果设置了1).却还是发现没有触发，这个时候比较坑爹了，加上对此Characteristic的descriptor做indication Enable就应该可以了;

for(BluetoothGattDescriptor dp:characteristic().getDescriptors()) {
dp.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
mBluetoothGatt().writeDescriptor(dp);
}

3… 不同的机型的discoverService到onServiceDiscovered之间的耗时长短不一，这会导致一个问题：如果蓝牙硬件设备支持离线传输，即有记忆功能，连接上之后多久发送之前的数据的问题。如果连接之上立即发送，那么手机端的onServiceDiscovered尚未触发，这样Characteristic的值就获取不了(因为你的service，Characteristic都尚未初始化好)，从而导致失败。

解决的办法有3个：
1）建立一套ACK机制，蓝牙硬件设备不断的广播，直到所有的数据都收到返回的ACK确认才不再广播即可。
2）更好的办法是，当手机端onServiceDiscovered触发后，并且service，Characteristic都初始化好后，发送指令给蓝牙硬件设备(即writeCharacteristic)表示手机端已经准备好，可以发送数据给我了，蓝牙硬件设备收到后再发送数据，这样能很好的保证数据不丢失。
3) 最好的办法是1）和 2）的结合，即发送准备好的指令，然后让智能硬件发送数据，然后在接收数据的过程中，使用ACK机制确保数据没有任何丢失。

4… Read/Write Characteristic/Descriptor 等都是异步的，即立即返回，等待回调。因此如果Android手机底层自身如果没有做请求的同步顺序执行的话，那么当有很多请求几乎同时进行时，回调顺序是无法保证的。此时就造成错误，这也会导致很多蓝牙4.0不能兼容某些Android的原因，因此需要自己提供一套同步机制，如RequestQueue，来保证request&response 一个接一个高效有序的进行，即下一个request必须等到上一个request的response返回之后再执行。

5… Read/Write Characteristic/Descriptor/RemoteRssi()，一般在不同的线程中回调。(除了onDescriptorWrite返回的线程与写入线程为同一个线程???)

BluetoothDevice.conncectGatt(),
BluetoothGatt.connect(),
BluetoothGatt.disconnect(),
BluetoothGatt.discoverServices()
最好都在主线程，否则会遇到很多意想不到的麻烦。

6… BLE的特征一次读写最大长度20字节。

7… Android手机会对连接过的BLE设备的Services进行缓存，若设备升级后Services等有改动，则程序会出现通讯失败。此时就得刷新缓存，反射调用BluetoothGatt类总的refresh()方法。

8… startLeScan(UUID[], LeScanCallback)在Android 4.4及以下手机中似乎只支持16位的短UUID，不支持128位。

9… connectGatt() 在某些三星手机上只能在UI线程调用。

10… Android L 新API扫描设备换为 startScan(List, ScanSettings, ScanCallback)。

11… Android M 必须拥有定位权限才能扫描BLE设备。

12… 一个主设备(例如Android手机)可以同时连接多个从设备(一般为6个，例如智能硬件。超过就连接不上了)，一个从设备只能被一个主设备连接，一旦从设备连接上主设备，就停止广播，断开连接则继续广播。在任何时刻都只能最多一个设备在尝试建立连接。如果同时对多个蓝牙设备发起建立Gatt连接请求。如果前面的设备连接失败了，则后面的设备请求会被永远阻塞住，不会有任何连接回调。所以建议：如果要对多个设备发起连接请求，最好是一个接一个的顺序同步请求管理。

13… 任何出错，超时，用完就马上调用Gatt.disconnect(), Gatt.close()。

14… 从bindService 到 onServiceConnected 这个回调花费时间较长， onServiceConnected 这个回调很可能在 MainActivity onResume之后才执行, 所以不要指望onResume里去执行扫描，因为此时serviceConnected 回调都尚未执行

15… getBtAdapter().enable()是异步，立即返回，但从 off 到 on 的过程需要一个时间所以只能监听系统broadcast发出的intent里的state

16… onCharacteristicWrite … 等等是指本机写数据指令已经成功发送出去，并且智能硬件已经处理完回应回来了，另外，当智能硬件端要求发送的指令有顺序的话，那么这边不能发送速度过快，即不能在onCharacteristicWrite里立即发送下一条指令。例如OAD/OTA等等，字节必须严格按照image的字节顺序发送出去。
17… 在writeCharacteristic时，若速度过快（例如在OAD时），会发现发送出去的数据有可能不是你自己真正发出去的，在onCharacteristicWrite里打印出可以确定。
18… App端的关于同一个UUID的2个指令不能同时发出去，这样会导致硬件端无法辨识，所以需要串行发送，即等其中一个发送回调成功之后，再进行下一个。

19… 多次扫描蓝牙，在华为荣耀，魅族M3 NOTE 中有的机型，会发现多次断开–扫描–断开–扫描… 会扫描不到设备，此时需要在断开连接后，不能立即扫描，而是要先停止扫描后，过2秒再扫描才能扫描到设备。

20… 扫描尽量不要放在主线程进行，可以放入子线程里。不然有些机型会出现 do too many work in main thread.

作者：qingtiantianqing
来源：CSDN
原文：Android蓝牙4.0 BLE开发坑总结_qingtiantianqing的博客-CSDN博客
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