iOS开发 - 蓝牙硬件开发
文章目录
- 前言
- 一、Corebluetooth是什么？
- 二、CoreBluetooth架构图
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- 1.CBManager
- 2.CBPeer
- 3.CBAttribute
- 三、使用示例
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- 1.作为中心设备管理器
- 2.作为外围设备管理器
- 四、常见问题
- 五、注意事项
- 总结
前言
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随着移动互联网和智能设备的快速发展，人们对无线连接的需求越来越高。作为一种无线连接技术，蓝牙无疑成为了人们常用的无线连接方式之一。iOS作为一个成熟的移动操作系统，自然也不能缺少蓝牙技术的支持。因此，iOS平台提供了开发蓝牙应用程序的API，可以使开发人员更方便地使用蓝牙技术实现各种功能。
在iOS蓝牙开发的背景下，人们可以使用iOS设备与各种蓝牙设备进行无线连接，如蓝牙耳机、蓝牙音箱、蓝牙打印机等等。同时，蓝牙技术还可以应用于身体健康监测、车载信息娱乐系统等场景。随着5G时代的到来，蓝牙技术将会得到更加广泛的应用，iOS蓝牙开发也将会得到更多的关注和重视。
CoreBluetooth框架被广泛应用于智能穿戴设备、健康监测设备、智能家居设备等领域。
一、Corebluetooth是什么？
CoreBluetooth是iOS和macOS中的一个框架，它提供了蓝牙Low Energy（BLE）设备和服务的API，用于建立无线连接和交换数据。
它的主要特点是：
- 能够检测和连接周围的BLE设备。
- 能够扫描周围的BLE设备并获取设备的广播信息。
- 能够建立稳定的BLE连接并进行数据传输。
- 支持BLE设备的读、写、订阅等操作。
- 支持后台模式和多线程操作，能够在后台进行蓝牙操作。
- 支持蓝牙设备的批量数据传输，能够通过GATT协议进行大文件传输。
二、CoreBluetooth架构图
1.CBManager
抽象类，管理中央和外围设备。
CBCentralManager：CBManager的子类，是CoreBluetooth框架中的一个中心设备管理器，它的作用是扫描和连接BLE外围设备，并获取这些设备提供的服务和特征。CBPeripheralManager:CBManager的子类，是CoreBluetooth框架中的一个外围设备管理器，它的作用是将本地设备变成一个BLE外围设备，可以提供各种服务和特征。
2.CBPeer
CBPeer是CoreBluetooth框架中抽象出的一个通用协议，它用于表示通信中的对等体，可以是CBCentralManager连接的CBPeripheral，也可以是CBPeripheralManager接受连接的CBCentral。
CBPeripheral：表示在蓝牙低功耗（BLE）连接期间由中央设备发现的外围设备。该类提供了管理连接、发现外围设备提供的服务和特征以及读/写数据到/从特征的方法。CBPeripheral还可以用于检索有关外围设备的信息，例如其名称、RSSI（接收信号强度指示）和广告数据。CBCentral：表示一个中央设备，可以扫描附近的蓝牙低功耗（BLE）外围设备并与它们进行连接。通过CBCentral，应用程序可以发现附近的BLE设备、监视连接状态、管理连接以及与外围设备通信。CBCentral类还提供了处理扫描结果和连接事件的委托方法，以及读取和写入BLE设备的特征值的方法。需要注意的是，使用CBCentral需要设备支持蓝牙4.0及以上标准，并且需要打开蓝牙功能。
3.CBAttribute
CBAttribute是iOS中CoreBluetooth框架中的一个基类，用于表示一个属性（Attribute），通常是BLE外围设备中的服务（Service）或特征值（Characteristic）。CBAttribute提供了属性的通用特性和方法，比如UUID、值、是否为只读等。它的子类包括CBService和CBCharacteristic，分别表示BLE设备中的服务和特征值。CBAttribute的使用会在扫描外围设备时和连接外围设备时得到体现，比如在扫描的结果中可以获取到外围设备的服务和特征值信息，在连接设备后可以读取或写入特征值。需要注意的是，CBAttribute的属性值通常以NSData或NSString类型表示，需要进行类型转换和解析。
CBService：表示BLE外围设备中的服务（Service），一个服务包含一个或多个特征值（Characteristic）。- 提供了服务的通用特性和方法，比如UUID、是否为主服务等。
CBCharacteristic：用于描述BLE外围设备中的特征值（Characteristic），包含特征值的值、UUID、是否是通知等信息。CBDescriptor：用于描述BLE外围设备中的特征值（Characteristic）所具有的描述符（Descriptor），包含描述符的值、UUID等信息。CBCharacteristic对象包含一个或多个CBDescriptor对象，描述着该特征值的一些信息，例如单位、范围、名称等。
三、使用示例
1.作为中心设备管理器
作为中心设备管理器，使用流程如下：
-
扫描外部设备：在扫描前需要配置扫描参数，并实现扫描代理方法，返回扫描到的外部设备。
-
连接外部设备：在连接前需要根据扫描到的设备实例化一个
CBCentralManager、CBPeripheral，并实现连接代理方法，处理连接的成功、失败等情况。 -
发现外部设备的服务和特征：在成功连接后，需要遍历外部设备的服务和特征，获取需要读、写、监听等的特征。
-
读、写、监听特征：通过
CBPeripheral的代理方法进行读、写、监听特征的操作。 -
断开连接：在通信结束后，需要调用断开方法，释放连接资源并清空缓存。
以下是一个使用 CoreBluetooth 框架作为中心设备管理器的示例代码：
import CoreBluetooth
class ViewController: UIViewController, CBCentralManagerDelegate, CBPeripheralDelegate {
var centralManager: CBCentralManager!
var peripheral: CBPeripheral?
override func viewDidLoad() {
super.viewDidLoad()
centralManager = CBCentralManager(delegate: self, queue: nil)
}
func centralManagerDidUpdateState(_ central: CBCentralManager) {
if central.state == .poweredOn {
// 扫描适配器附近的外设，不设置过滤条件
centralManager.scanForPeripherals(withServices: nil, options: nil)
} else {
print("Bluetooth not available.")
}
}
func centralManager(_ central: CBCentralManager, didDiscover peripheral: CBPeripheral, advertisementData: [String : Any], rssi RSSI: NSNumber) {
// 停止扫描，连接设备
centralManager.stopScan()
self.peripheral = peripheral
self.peripheral?.delegate = self
centralManager.connect(peripheral, options: nil)
}
func centralManager(_ central: CBCentralManager, didConnect peripheral: CBPeripheral) {
// 连接成功后，开始发现服务
peripheral.discoverServices(nil)
}
func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverServices error: Error?) {
// 发现服务后，遍历各个服务并发现服务下的特征
if let services = peripheral.services {
for service in services {
peripheral.discoverCharacteristics(nil, for: service)
}
}
}
func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverCharacteristicsFor service: CBService, error: Error?) {
// 特征发现后，遍历特征并读取数据
if let characteristics = service.characteristics {
for characteristic in characteristics {
peripheral.readValue(for: characteristic)
}
}
}
func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?) {
// 读取数据后的处理
if let value = characteristic.value {
print("Characteristic value: \(value)")
}
}
}
在上述代码中，我们首先创建了一个 CBCentralManager 类型的对象，并将它的 delegate 设置为当前视图控制器 ViewController。在 viewDidLoad() 方法中，我们初始化了 centralManager 对象，并开始扫描周围的 BLE 外设。
当 centralManager 的状态发生变化时，我们会在 centralManagerDidUpdateState(_:) 方法中响应，并在 Bluetooth 可用的情况下开始扫描周围的 BLE 设备。在发现设备时，我们会在 centralManager(_:didDiscover:advertisementData:rssi:) 方法中响应，并停止扫描，并开始尝试连接设备。在连接成功后，我们会在 centralManager(_:didConnect:) 方法中响应，并开始发现设备的服务。在发现服务后，我们会在 peripheral(_:didDiscoverServices:) 方法中响应，并开始遍历各个服务并发现服务下的特征。在发现特征后，我们会在 peripheral(_:didDiscoverCharacteristicsFor:error:) 方法中响应，并开始遍历特征并读取数据。在读取数据后，我们会在 peripheral(_:didUpdateValueFor:error:) 方法中响应，并对读取到的数据进行处理。
需要注意的是，以上代码仅是一个示例，并不包含错误处理和其他的附加功能。在实际应用中，我们需要对错误进行处理，并针对实际需求添加相应的功能。
2.作为外围设备管理器
作为外围设备管理器，使用CoreBluetooth的流程如下：
- 实例化
CBPeripheralManager对象
使用CBPeripheralManager的initWithDelegate:queue:方法，实例化一个CBPeripheralManager对象，并设置代理和队列。
- 添加外部设备服务和特征
使用CBMutableCharacteristic和CBMutableService类创建需要提供的服务和特征，然后将它们添加到CBPeripheralManager对象中。
- 让外部设备广告自己
使用CBPeripheralManager的方法startAdvertising:开始广告外部设备，并设置广告参数。
- 处理外部设备的连接请求
在CBPeripheralManager的代理方法中，处理外部设备连接的请求、请求服务和特征等操作。
- 处理外部设备的读、写和监听请求
在CBPeripheralManager的代理方法中，处理外部设备对服务和特征进行的读、写和监听操作。
- 停止广告并断开连接
在外部设备不再需要提供服务时，调用CBPeripheralManager的stopAdvertising方法停止广告，调用方法updateValue:forCharacteristic:onSubscribedCentrals:主动更新特征，断开与外部设备的连接等操作。
以下是CoreBluetooth作为外围设备管理器的示例代码，用于连接中央设备和外围设备之间的数据传输。
import CoreBluetooth
class PeripheralManager: NSObject {
// MARK: - Properties
private var peripheralManager: CBPeripheralManager!
private var characteristic: CBMutableCharacteristic!
private var service: CBMutableService!
// MARK: - Initialization
override init() {
super.init()
peripheralManager = CBPeripheralManager(delegate: self, queue: nil)
}
// MARK: - Private Methods
private func startAdvertising() {
let advertisementData: [String: Any] = [
CBAdvertisementDataLocalNameKey: "MyPeripheral",
CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey: [service.uuid]
]
peripheralManager.startAdvertising(advertisementData)
}
// MARK: - Public Methods
func sendData(data: Data) {
peripheralManager.updateValue(data, for: characteristic, onSubscribedCentrals: nil)
}
}
// MARK: - CBPeripheralManagerDelegate
extension PeripheralManager: CBPeripheralManagerDelegate {
func peripheralManagerDidUpdateState(_ peripheral: CBPeripheralManager) {
guard peripheral.state == .poweredOn else {
print("PeripheralManager is not powered on.")
return
}
let characteristicUUID = CBUUID(string: "SomeCharacteristicUUID")
characteristic = CBMutableCharacteristic(type: characteristicUUID, properties: .notify, value: nil, permissions: .readable)
let serviceUUID = CBUUID(string: "SomeServiceUUID")
service = CBMutableService(type: serviceUUID, primary: true)
service.characteristics = [characteristic]
peripheralManager.add(service)
startAdvertising()
}
func peripheralManager(_ peripheral: CBPeripheralManager, central: CBCentral, didSubscribeTo characteristic: CBCharacteristic) {
print("Central subscribed to characteristic.")
}
func peripheralManager(_ peripheral: CBPeripheralManager, didAdd service: CBService, error: Error?) {
print("Peripheral service added.")
}
func peripheralManagerDidStartAdvertising(_ peripheral: CBPeripheralManager, error: Error?) {
print("Peripheral advertising started.")
}
func peripheralManager(_ peripheral: CBPeripheralManager, didReceiveWrite requests: [CBATTRequest]) {
for request in requests {
if request.characteristic.uuid == characteristic.uuid {
characteristic.value = request.value
}
peripheral.respond(to: request, withResult: .success)
}
}
}
在上面的示例中，我们创建了一个外围设备管理器，定义了一个可写的特征（characteristic）和一个主服务（service）。在外围设备管理器的代理方法中，我们将服务和特征添加到外围设备管理器中，然后启动广告（startAdvertising）以便中央设备能够连接它。如果中央设备订阅了特征，则代理方法peripheralManager(_:central:didSubscribeTo:)将被调用。如果外围设备管理器收到写请求，则代理方法peripheralManager(_:didReceiveWrite:)将被调用。
在外围设备管理器的公共方法sendData()中，我们使用updateValue(_:for:onSubscribedCentrals:)方法将数据发送回中央设备。
这只是CoreBluetooth框架的一个简单示例，它可以用于连接中央设备和外围设备之间的数据传输。根据你的应用程序的需求，你可以根据需要定义更多的服务和特征，并添加更多的代理方法来处理各种事件。
四、常见问题
在使用CoreBluetooth框架进行iOS蓝牙通信时，可能会遇到以下常见问题：
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无法扫描到外设：如果无法扫描到外设，请检查外设是否开启了广播，并确保iOS设备和外设的距离不超过蓝牙信号范围。此外，您还可以尝试重启iOS设备和外设，并确保它们都支持蓝牙4.0或更高版本。
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连接失败或断开连接：如果连接失败或断开连接，请检查外设是否在不同模式之间切换（例如从广播模式切换到连接模式），并确保iOS设备和外设之间的蓝牙信号强度足够。此外，您还可以尝试重启iOS设备和外设，并确保它们都支持蓝牙4.0或更高版本。
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数据传输失败：如果数据传输失败，请确保已正确设置属性、服务和特征，并使用正确的数据格式进行传输。此外，您还可以尝试降低传输速率或减少传输数据量来尝试减少传输失败的可能性。
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重新连接问题：如果需要重新连接到外设，请确保您正确地处理连接和断开连接事件，并在需要时执行重新连接操作。此外，您还可以使用
CoreBluetooth框架提供的连接池和设备管理工具来优化连接管理。
五、注意事项
使用CoreBluetooth框架进行iOS蓝牙通信时，需要注意以下几点：
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设备硬件和iOS版本的限制：不是所有的iOS设备都支持蓝牙4.0或更高版本，因此你需要检查你的目标设备是否支持。此外，特定的iOS版本可以对蓝牙功能的支持和实现方式有所不同。
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蓝牙协议栈的限制：蓝牙4.0规范定义了低功耗蓝牙（BLE）协议，但是不是所有的设备都完全实现了该协议。在实现BLE通信时，可以参考蓝牙SIG规范，并使用测试工具对设备进行测试，确保设备的BLE实现方式正确。
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设备连接的限制：iOS设备同时只能连接有限数量的外设，这个数量取决于iOS版本和设备型号。因此，在设计应用程序时，需要考虑使用连接池和断开连接的机制，以便管理和控制外设的连接。
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数据传输的限制：BLE协议通过广告和连接两种方式传输数据。广告数据通常较短并且具有较低的可靠性，连接数据则具有更高的可靠性和更高的数据传输速率。在实现数据传输时，需要考虑数据量和传输速率，并选择合适的方式传输数据。
总结
总的来说，CoreBluetooth为开发人员提供了一种简单的方法，在iOS设备和外部设备之间进行通信，从而为蓝牙低功耗应用程序的开发提供了便利。