蓝牙（iOS）在物联网中的实践

概念篇

什么是蓝牙

蓝牙（Bluetooth®）：是一种无线技术标准（短距离无线通信技术），可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制，当时是作为RS232数据线的替代方案。蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。如今蓝牙由蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，简称SIG）管理。

蓝牙技术联盟

蓝牙技术联盟是一个以制定蓝牙规范，以推动蓝牙技术为宗旨的跨国组织。它拥有蓝牙的商标，负责认证制造厂商，授权他们使用蓝牙技术与蓝牙标志，但是它本身不负责蓝牙装置的设计、生产及贩售。

Bluetooth SIG的发起公司是Agere、爱立信、IBM、英特尔、微软、摩托罗拉、诺基亚和东芝。2006年10月13日，Bluetooth SIG（蓝牙技术联盟）宣布联想公司取代IBM在该组织中的创始成员位置，并立即生效。通过成为创始成员，联想将与其他业界领导厂商杰尔系统公司、爱立信公司、英特尔公司、微软公司、摩托罗拉公司、诺基亚公司和东芝公司一样拥有蓝牙技术联盟董事会中的一席，并积极推动蓝牙标准的发展。除了创始成员以外，Bluetooth SIG还包括200多家联盟成员公司以及约6000家应用成员企业。而企业只要使用“蓝牙(Bluetooth)”相关商标在市场上销售产品，都必须向蓝牙技术联盟交纳商标使用费和产品认证费用。

蓝牙4.x时代

蓝牙4.0是2012年最新蓝牙版本，是3.0的升级版本；较3.0版本更省电、成本低、3毫秒低延迟、超长有效连接距离、AES-128加密等；通常用在蓝牙耳机、蓝牙音箱等设备上。
蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)2010年7月7日宣布，正式采纳蓝牙4.0核心规范（Bluetooth Core Specification Version 4.0 ），并启动对应的认证计划。会员厂商可以提交其产品进行测试，通过后将获得蓝牙4.0标准认证。 该技术拥有极低的运行和待机功耗，使用一粒纽扣电池甚至可连续工作数年之久。
2014年12月，蓝牙技术联盟公布蓝牙4.2标准。
市场上最主要用的还是4.2（蓝牙4.2发布于2014年12月2日） 。

蓝牙5.x时代

2016年6月16日，蓝牙技术联盟在伦敦发布全新的蓝牙5.0标准。
2019年1月29日，蓝牙技术联盟（SIG）宣布蓝牙5.1正式公布。
蓝牙5.0有哪些提升？

1：4倍信号范围
2：2倍连接速度(新版本的蓝牙传输速度上限为24Mbps)
3：蓝牙广播8倍数据传输

这意味着：

蓝牙的信号传输距离能够覆盖整户公寓，甚至是整栋小型楼房，而不再是以往的一个房间。
更快的传输速度，使反应更快、性能更高的蓝牙设备成为可能。
更稳定可靠的蓝牙连接。
更好的商用蓝牙前景。大幅增强的蓝牙广播，使基于蓝牙信标的物联网应用更加强大，比如某商店向店内消费者的手机推送广告和优惠券。

蓝牙外设

BLE：bluetouch low energy，蓝牙4.0设备因为低功耗，所有也叫作BLE。苹果在iphone4s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，

什么是MFi认证？

苹果MFi认证，是苹果公司（Apple Inc.）对其授权配件厂商生产的外置配件的一种标识使用许可，是apple公司 “Made for iOS”的英文缩写。

常用库

iOS中提供了4个框架用于实现蓝牙连接。

1.GameKit.framework(用法简单)
只能用于iOS设备之间的同个应用内连接,多用于游戏(eg:棋牌类),从iOS7开始过期
2.MultipeerConnectivity.framework(代替1)
只能用于iOS设备之间的连接,从iOS7开始引入,主要用于非联网状态下,通过wifi或者蓝牙进行文件共享(仅限于沙盒的文件),多用于附近无网聊天
3.ExternalAccessory.framework(MFi)
可用于第三方蓝牙设备交互,但是蓝牙设备必须经过苹果MFi认证(国内很少)
4.CoreBluetooth.framework（常用 Apple推行蓝牙的核心)
可用于第三方蓝牙设备交互,必须要支持蓝牙4.0
硬件至少是4s,系统至少是iOS6 (现iPhoneX 蓝牙5.0)
蓝牙4.0以低功耗著称,一般也叫BLE（Bluetooth Low Energy）
目前应用比较多的案例:运动手环,嵌入式设备,智能家居
我们公司对接的外设比较多 心率计、踏频、码表等运动蓝牙设备

1.CoreBluetooth框架的核心其实是两个东西，peripheral和central, 能了解成外设和中心，就是你的苹果手机就是中心，外部蓝牙称为外设。
2.服务和特征(service characteristic)：简而言之，外部蓝牙中它有若干个服务service（服务你能了解为蓝牙所拥有的可以力），而每个服务service下拥有若干个特征characteristic（特征你能了解为解释这个服务的属性）。
3.Descriptor（形容）使用来形容characteristic变量的属性。例如，一个descriptor能规定一个可读的形容，或者者一个characteristic变量可接受的范围，或者者一个characteristic变量特定的单位。

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，有兴趣的同学可以了解下。下面主要介绍的是原生蓝牙库的知识。

image

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。

工具 --BabyBluetooth

BabyBluetooth是一个最简单易用的蓝牙库，基于CoreBluetooth的封装，并兼容ios和Mac osx。

BabyBluetooth的优点：

1：基于原生CoreBluetooth框架封装的轻量级的开源库，可以帮你更简单地使用CoreBluetooth API。

2：CoreBluetooth所有方法都是通过委托完成，代码冗余且顺序凌乱。BabyBluetooth使用block方法，可以重新按照功能和顺序组织代码，并提供许多方法减少蓝牙开发过程中的代码量。

3：链式方法体，代码更简洁、优雅。

4：通过channel切换区分委托调用，并方便切换

5：便利的工具方法

6：完善的文档，且项目处于活跃状态，不断的更新中

7：github上star最多的纯Bluetooch类库（非PhoneGap和SensorTag项目）

备注：具体参考 https://github.com/coolnameismy/BabyBluetooth

蓝牙连接的主要步骤

1、创建一个CBCentralManager实例来进行蓝牙管理；
2、搜索扫描外围设备；
3、连接外围设备；
4、获得外围设备的服务；
5、获得服务的特征；
6、从外围设备读取数据；
7、给外围设备发送（写入）数据。

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

image

iOS蓝牙中的进制转换,数据格式转换

https://www.cnblogs.com/W-Kr/p/5398490.html

前言

现阶段智能家居，还是比较火热门的话题。那么一部分智能家居离不开移动端。作为中间媒介，蓝牙的开发也是必要掌握的技能之一。蓝牙开发很重要的是蓝牙设备的协议掌握。如果没有掌握协议，那么你就无法解锁更多新姿势。

设备--智能锁

我们今天要介绍的设备是一个蓝牙锁。在开发蓝牙锁之前首先我们要掌握这个一个锁的基本数据。下载一个蓝牙助手，打开蓝牙助手，找到我们的智能设备--蓝牙锁。(该锁名称--LOCKSUS).点击链接进入详情页面入下图：

image

突然一看，其实是没有任何头绪。但是有一个是可以知道的@“LOCKSUS”。这个是锁的名字。
下面两个属性分写写着：1：写无回复和通知两个特征。
以上了解那么多就可以了，然后继续看协议。（由于协议不能随便展示，所以此处请看我的pdf文档）。

协议

Length (2 Bytes) + command code （1 Bytes） Data(N Bytes)+CheckSum(2 Bytes)
Length = sizeof(Command code + Data)
CheckSum = sum of (Command Code + Data)
例如，如下命令
Req: length(2) | REQ_BIND (1) | Key(6) | CS(2).
Command 为 REQ_BIND (1) Data为 Key(6)
REQ_BIND (1) 0xc6  Key(6)：123456

备注：被请求一方，收到Request指令后，都要ack一个对应指令, 所有命令都以Req/Ack的 模式成对出现。

流程图

工具 --BabyBluetooth

BabyBluetooth按照按照说明使用。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [self setUpView];
    //初始化BabyBluetooth 蓝牙库
    self.babyBluetooth = [BabyBluetooth shareBabyBluetooth];
    //设置蓝牙委托
    [self babyDelegate];
}

第二步，在babyDelegate方法中先试下如下代理。

    //过滤器
    //设置查找设备的过滤器
    [self.babyBluetooth setFilterOnDiscoverPeripherals:^BOOL(NSString *peripheralName, NSDictionary *advertisementData, NSNumber *RSSI) {
           //最常用的场景是查找某一个前缀开头的设备 most common usage is discover for peripheral that name has common prefix
           if ([peripheralName hasPrefix:@"LOCKSUS"] ) {
               return YES;
           }
           return NO;
    }];

该代理是过滤功能，防止中心设备搜索过多的非目标设备。设置后可以指定查找名叫@“LOCKSUS”的设备。

    //设置连接的设备的过滤器
    __block BOOL isFirst = YES;
    [self.babyBluetooth setFilterOnConnectToPeripherals:^BOOL(NSString *peripheralName, NSDictionary *advertisementData, NSNumber *RSSI) {
        //这里的规则是：连接第一个AAA打头的设备
        if(isFirst && [peripheralName hasPrefix:@"LOCKSUS"]){
            isFirst = NO;
            return YES;
        }
        return NO;
    }];

该代理是过滤功能，防止中心设备连接过多的非目标设备。设置后可以指定连接名叫@“LOCKSUS”的设备。

//蓝牙网关初始化和委托方法设置
-(void)babyDelegate{
 
    __weak typeof(&*self) weakSelf= self;
    //设置扫描到设备的委托
    [self.babyBluetooth setBlockOnDiscoverToPeripherals:^(CBCentralManager *central, CBPeripheral *peripheral, NSDictionary *advertisementData, NSNumber *RSSI) {
        if ([peripheral.name isEqualToString:@"LOCKSUS"]) {
            
            NSLog(@"搜索到了设备:%@",peripheral.name);
            
            NSString *bleName = [advertisementData objectForKey:@"kCBAdvDataLocalName"];
            weakSelf.macAddress =  [NSString convertDataToHexStr:advertisementData[@"kCBAdvDataManufacturerData"]];
            NSString *oriData = [TestViewController getLockOriData:advertisementData[@"kCBAdvDataManufacturerData"]];
            weakSelf.peripheral = peripheral;
            
            NSLog(@"扫描成功：%@%@%@",weakSelf.peripheral,bleName,oriData);
        }
    }];
    //设置设备连接成功的委托
    [self.babyBluetooth setBlockOnConnected:^(CBCentralManager *central, CBPeripheral *peripheral) {
        
        NSLog(@"设备：%@--连接成功",peripheral.name);
        [peripheral discoverServices:@[[CBUUID UUIDWithString:UUID_SERVICE]]];
        
    }];
    //设置发现设备的Services的委托
    [self.babyBluetooth setBlockOnDiscoverServices:^(CBPeripheral *peripheral, NSError *error) {
        
        CBService * __nullable findService = nil;
        // 遍历服务
        // 启动特征扫描
        for (CBService *service in peripheral.services){
            NSLog(@"搜索到服务:%@",service.UUID.UUIDString);
            if ([[service UUID]isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUID_SERVICE]]) {
                findService = service;
            }
        }
        //一下代码是 要目标服务的特征值 不写是不会触动 获取特征值的回调的。（下面一个）
        if (findService){
            [peripheral discoverCharacteristics:NULL forService:findService];
         }
    }];
    //设置发现设service的Characteristics的委托
    
    [self.babyBluetooth setBlockOnDiscoverCharacteristics:^(CBPeripheral *peripheral, CBService *service, NSError *error) {
        NSLog(@"===service name:%@",service.UUID);
        /*
         charateristic name is :6E40FF02-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E (可写入属性)
         charateristic name is :6E40FF03-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E (通知属性)
         */
        for (CBCharacteristic *c in service.characteristics) {
            NSLog(@"charateristic name is :%@",c.UUID);
            //此时我们是要准备写入数据的，所以要找到相对应的特征值
            if ([c.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUID_USER0_WRITE]]) {
                
                [peripheral readValueForCharacteristic:c];
                weakSelf.wChar = c;
                [peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:c];
                                
            }else{
                weakSelf.ntfChar = c;
                [peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:weakSelf.ntfChar];

            }
        }
        
        if ([weakSelf.macAddress isEqualToString:@"686f01"]) {
            // 已经绑定过了
            [[FBluetoothLockManage sharedSingleton] reqMatchBindDevice:peripheral wChar:weakSelf.wChar wPinCode:@"123456"];

        }else{
            //f00 未绑定
            [[FBluetoothLockManage sharedSingleton] reqBindDevice:peripheral wChar:weakSelf.wChar wPinCode:@"123456"];
        }
    }];
    //设置读取characteristics的委托
    [self.babyBluetooth setBlockOnReadValueForCharacteristic:^(CBPeripheral *peripheral, CBCharacteristic *characteristics, NSError *error) {
        NSLog(@"characteristic name:%@ value is:%@",characteristics.UUID,characteristics.value);
        const int8_t *rspData = (const int8_t *)[characteristics.value bytes];
        
            if(rspData == nil){
                return;
            }
        Byte *rspDataByte = (Byte *)[characteristics.value bytes];
        NSLog(@"rspDataByte=%s",rspDataByte);
        [weakSelf updateDeviceAck2AppRspData:characteristics.value];
        
    }];
    
    //设置发现characteristics的descriptors的委托
    [self.babyBluetooth setBlockOnDiscoverDescriptorsForCharacteristic:^(CBPeripheral *peripheral, CBCharacteristic *characteristic, NSError *error) {
        
        NSLog(@"===characteristic name:%@",characteristic.service.UUID);
        
        for (CBDescriptor *d in characteristic.descriptors) {
            NSLog(@"CBDescriptor name is :%@",d.UUID);
        }
        
    }];
    //设置读取Descriptor的委托
    [self.babyBluetooth setBlockOnReadValueForDescriptors:^(CBPeripheral *peripheral, CBDescriptor *descriptor, NSError *error) {
        
        NSLog(@"Descriptor name:%@ value is:%@",descriptor.characteristic.UUID, descriptor.value);
        
    }];
    
}

-(void)clickScan{
    NSLog(@"开始扫描外设");
    //设置委托后直接可以使用，无需等待CBCentralManagerStatePoweredOn状态
    self.babyBluetooth.scanForPeripherals().begin();
   
}
-(void)clickConnect{
    
    if([_peripheral isKindOfClass:[CBPeripheral class]]){
        // 开始连接外部设备
         self.babyBluetooth.having(self.peripheral).connectToPeripherals().begin();
        NSLog(@"开始连接....");
    }else{
        NSLog(@"连接对象不正确");
    }
}

一整套流程走下来，控制台输出log

根据如下log 更有利于我们理解整个流程。

2019-12-07 13:40:04.608306+0800 Finance[19739:5874003] 开始扫描外设
2019-12-07 13:40:07.852921+0800 Finance[19739:5874003] str == 686f01
2019-12-07 13:40:07.853291+0800 Finance[19739:5874003] 扫描成功：
2019-12-07 13:40:25.449600+0800 Finance[19739:5874003] 开始扫描外设
2019-12-07 13:40:25.456177+0800 Finance[19739:5874003] str == 686f01
2019-12-07 13:40:25.456404+0800 Finance[19739:5874003] 扫描成功：
2019-12-07 13:40:25.918225+0800 Finance[19739:5874003] 开始连接....
2019-12-07 13:40:26.289438+0800 Finance[19739:5874003] 外设连接成功
2019-12-07 13:40:26.732115+0800 Finance[19739:5874003] 发现外设服务
2019-12-07 13:40:26.787383+0800 Finance[19739:5874003] 获取到特征值
2019-12-07 13:40:26.789573+0800 Finance[19739:5874003] NSData dec = {length = 6, bytes = 0x010203040506}
2019-12-07 13:40:26.790020+0800 Finance[19739:5874003] dtCrc : 81f67724
2019-12-07 13:40:26.790555+0800 Finance[19739:5874003] 茭白绑定数据 上锁密码是{length = 6, bytes = 0x2477f6810000}
2019-12-07 13:40:26.790855+0800 Finance[19739:5874003] bind cs : 02d8
2019-12-07 13:40:26.791298+0800 Finance[19739:5874003] bind Data : {length = 11, bytes = 0x0700c62477f6810000d802}
2019-12-07 13:40:26.791720+0800 Finance[19739:5874003] 茭白 数据 wr 2 bind data:{length = 11, bytes = 0x0700c62477f6810000d802}
2019-12-07 13:40:26.792888+0800 Finance[19739:5874003] NSData dec = {length = 6, bytes = 0x010203040506}
2019-12-07 13:40:26.793177+0800 Finance[19739:5874003] dtCrc : 81f67724
2019-12-07 13:40:26.793416+0800 Finance[19739:5874003] 茭白匹配数据--上锁密码是{length = 6, bytes = 0x2477f6810000}
2019-12-07 13:40:26.793592+0800 Finance[19739:5874003] bind cs : 02da
2019-12-07 13:40:26.793958+0800 Finance[19739:5874003] bind Data : {length = 11, bytes = 0x0700c82477f6810000da02}
2019-12-07 13:40:26.794274+0800 Finance[19739:5874003] 茭白 数据 wr 2 bind data:{length = 11, bytes = 0x0700c82477f6810000da02}
2019-12-07 13:40:26.795303+0800 Finance[19739:5874003] 茭白--发现数据改变了
2019-12-07 13:40:26.795687+0800 Finance[19739:5874003] 有值得改变：
2019-12-07 13:40:26.965111+0800 Finance[19739:5874003] 茭白--发现数据改变了
2019-12-07 13:40:26.965622+0800 Finance[19739:5874003] 有值得改变：
2019-12-07 13:40:26.965992+0800 Finance[19739:5874003] -[TestViewController updateDeviceAck2AppRspData:] ackData:{length = 12, bytes = 0x0200c701c8000200c900c900}
2019-12-07 13:40:26.966269+0800 Finance[19739:5874003] 命令成功后回调==199
2019-12-07 13:40:26.966461+0800 Finance[19739:5874003] 享睿--绑定成功回调
2019-12-07 13:40:54.245568+0800 Finance[19739:5874169] [] tcp_input [C3.1:3] flags=[R] seq=1483030945, ack=0, win=0 state=LAST_ACK rcv_nxt=1483030945, snd_una=2805171121
2019-12-07 13:40:57.095240+0800 Finance[19739:5874003] NSData dec = {length = 6, bytes = 0x010203040506}
2019-12-07 13:40:57.095590+0800 Finance[19739:5874003] dtCrc : 81f67724
2019-12-07 13:40:57.095845+0800 Finance[19739:5874003] 解锁密码是{length = 6, bytes = 0x2477f6810000}
2019-12-07 13:40:57.096118+0800 Finance[19739:5874003] bind cs : 02dc
2019-12-07 13:40:57.096443+0800 Finance[19739:5874003] bind Data : {length = 11, bytes = 0x0700ca2477f6810000dc02}
2019-12-07 13:40:57.096828+0800 Finance[19739:5874003] 茭白 数据 wr 2 bind data:{length = 11, bytes = 0x0700ca2477f6810000dc02}
2019-12-07 13:40:57.098047+0800 Finance[19739:5874003] 茭白--发现数据改变了
2019-12-07 13:40:57.099416+0800 Finance[19739:5874003] 有值得改变：
2019-12-07 13:40:57.205167+0800 Finance[19739:5874003] 茭白--发现数据改变了
2019-12-07 13:40:57.205615+0800 Finance[19739:5874003] 有值得改变：
2019-12-07 13:40:57.205912+0800 Finance[19739:5874003] -[TestViewController updateDeviceAck2AppRspData:] ackData:{length = 6, bytes = 0x0200cb00cb00}
2019-12-07 13:40:57.206105+0800 Finance[19739:5874003] 命令成功后回调==203
2019-12-07 13:40:57.206275+0800 Finance[19739:5874003] 享睿--解锁成功回调
2019-12-07 13:41:15.120452+0800 Finance[19739:5874003] 开始扫描外设
2019-12-07 13:41:19.278097+0800 Finance[19739:5874003] str ==
2019-12-07 13:41:19.278544+0800 Finance[19739:5874003] 扫描成功：