ym——物联网入口之一Android蓝牙4.0

如果还有同学不知道蓝牙4.0可以做什么请查看Android+蓝牙 4.0 将带来什么？，现在可以穿戴设备也大多用的是蓝牙4.0，如 智能体质秤，智能手环，智能血压计等等。

原文地址：http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html

安卓4.3(API 18)为BLE的核心功能提供平台支持和API，App可以利用它来发现设备、查询服务和读写特性。相比传统的蓝牙，BLE更显著的特点是低功耗。这一优点使android App可以与具有低功耗要求的BLE设备通信，如近距离传感器、心脏速率监视器、健身设备等。

关键术语和概念

• Generic Attribute Profile（GATT）—GATT配置文件是一个通用规范，用于在BLE链路上发送和接收被称为“属性”的数据块。目前所有的BLE应用都基于GATT。 蓝牙SIG规定了许多低功耗设备的配置文件。配置文件是设备如何在特定的应用程序中工作的规格说明。注意一个设备可以实现多个配置文件。例如，一个设备可能包括心率监测仪和电量检测。
• Attribute Protocol（ATT）—GATT在ATT协议基础上建立，也被称为GATT/ATT。ATT对在BLE设备上运行进行了优化，为此，它使用了尽可能少的字节。每个属性通过一个唯一的的统一标识符（UUID）来标识，每个String类型UUID使用128 bit标准格式。属性通过ATT被格式化为characteristics和services。
• Characteristic 一个characteristic包括一个单一变量和0-n个用来描述characteristic变量的descriptor，characteristic可以被认为是一个类型，类似于类。
• Descriptor Descriptor用来描述characteristic变量的属性。例如，一个descriptor可以规定一个可读的描述，或者一个characteristic变量可接受的范围，或者一个characteristic变量特定的测量单位。
• Service service是characteristic的集合。例如，你可能有一个叫“Heart Rate Monitor(心率监测仪)”的service，它包括了很多characteristics，如“heart rate measurement(心率测量)”等。你可以在bluetooth.org 找到一个目前支持的基于GATT的配置文件和服务列表。

角色和责任

以下是Android设备与BLE设备交互时的角色和责任：

• 中央 VS 外围设备。 适用于BLE连接本身。中央设备扫描，寻找广播；外围设备发出广播。
• GATT 服务端 VS GATT 客户端。决定了两个设备在建立连接后如何互相交流。

为了方便理解，想象你有一个Android手机和一个用于活动跟踪BLE设备，手机支持中央角色，活动跟踪器支持外围（为了建立BLE连接你需要注意两件事，只支持外围设备的两方或者只支持中央设备的两方不能互相通信）。

当手机和运动追踪器建立连接后，他们开始向另一方传输GATT数据。哪一方作为服务器取决于他们传输数据的种类。例如，如果运动追踪器想向手机报告传感器数据，运动追踪器是服务端。如果运动追踪器更新来自手机的数据，手机会作为服务端。

在这份文档的例子中，android app(运行在android设备上）作为GATT客户端。app从gatt服务端获得数据，gatt服务端即支持Heart Rate Profile(心率配置）的BLE心率监测仪。但是你可以自己设计android app去扮演GATT服务端角色。更多信息见BluetoothGattServer。

BLE权限

为了在app中使用蓝牙功能，必须声明蓝牙权限BLUETOOTH。利用这个权限去执行蓝牙通信，例如请求连接、接受连接、和传输数据。

如果想让你的app启动设备发现或操纵蓝牙设置，必须声明BLUETOOTH_ADMIN权限。注意：如果你使用BLUETOOTH_ADMIN权限，你也必须声明BLUETOOTH权限。

在你的app manifest文件中声明蓝牙权限。

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1. <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>  
2. <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>  

如果想声明你的app只为具有BLE的设备提供，在manifest文件中包括：

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1.       
2. <uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>  

但是如果想让你的app提供给那些不支持BLE的设备，需要在manifest中包括上面代码并设置required="false"，然后在运行时可以通过使用PackageManager.hasSystemFeature()确定BLE的可用性。

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1. <span style="font-size:14px;font-weight: normal;">// 使用此检查确定BLE是否支持在设备上，然后你可以有选择性禁用BLE相关的功能  
2. if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {  
3.     Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();  
4.     finish();  
5. }</span>  

设置BLE

你的app能与BLE通信之前，你需要确认设备是否支持BLE，如果支持，确认已经启用。注意如果<uses-feature.../>设置为false，这个检查才是必需的。

如果不支持BLE，那么你应该适当地禁用部分BLE功能。如果支持BLE但被禁用，你可以无需离开应用程序而要求用户启动蓝牙。使用BluetoothAdapter两步完成该设置。

1. 获取 BluetoothAdapter

   所有的蓝牙活动都需要蓝牙适配器。BluetoothAdapter代表设备本身的蓝牙适配器(蓝牙无线）。整个系统只有一个蓝牙适配器，而且你的app使用它与系统交互。下面的代码片段显示了如何得到适配器。注意该方法使用getSystemService（）]返回BluetoothManager，然后将其用于获取适配器的一个实例。Android 4.3（API 18）引入BluetoothManager。

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1. // 初始化蓝牙适配器  
2. final BluetoothManager bluetoothManager =  
3.         (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);  
4. mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();  

1. 开启蓝牙

   接下来，你需要确认蓝牙是否开启。调用isEnabled())去检测蓝牙当前是否开启。如果该方法返回false,蓝牙被禁用。下面的代码检查蓝牙是否开启，如果没有开启，将显示错误提示用户去设置开启蓝牙。

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1. // 确保蓝牙在设备上可以开启  
2. if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {  
3.    Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);  
4.    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);  
5. }  

发现BLE设备

为了发现BLE设备，使用startLeScan())方法。这个方法需要一个参数BluetoothAdapter.LeScanCallback。你必须实现它的回调函数，那就是返回的扫描结果。因为扫描非常消耗电量，你应当遵守以下准则：

• 只要找到所需的设备，停止扫描。
• 不要在循环里扫描，并且对扫描设置时间限制。以前可用的设备可能已经移出范围，继续扫描消耗电池电量。

下面代码显示了如何开始和停止一个扫描：

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1. /** 
2.  * 扫描和显示可以提供的蓝牙设备. 
3.  */  
4. public class DeviceScanActivity extends ListActivity {  
5.     private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;  
6.     private boolean mScanning;  
7.     private Handler mHandler;  
8.     // 10秒后停止寻找.  
9.     private static final long SCAN_PERIOD = 10000;  
10.     ...  
11.     private void scanLeDevice(final boolean enable) {  
12.         if (enable) {  
13.             // 经过预定扫描期后停止扫描  
14.             mHandler.postDelayed(new Runnable() {  
15.                 @Override  
16.                 public void run() {  
17.                     mScanning = false;  
18.                     mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  
19.                 }  
20.             }, SCAN_PERIOD);  
21.             mScanning = true;  
22.             mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);  
23.         } else {  
24.             mScanning = false;  
25.             mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  
26.         }  
27.         ...  
28.     }  
29. ...  
30. }  

作为BLE扫描结果的接口，下面是BluetoothAdapter.LeScanCallback的实现。如果你只想扫描指定类型的外围设备，可以改为调用startLeScan(UUID[], BluetoothAdapter.LeScanCallback)),需要提供你的app支持的GATT services的UUID对象数组。

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1. private LeDeviceListAdapter mLeDeviceListAdapter;  
2. ...  
3. // Device scan callback.  
4. private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =  
5.         new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {  
6.     @Override  
7.     public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,  
8.             byte[] scanRecord) {  
9.         runOnUiThread(new Runnable() {  
10.            @Override  
11.            public void run() {  
12.                mLeDeviceListAdapter.addDevice(device);  
13.                mLeDeviceListAdapter.notifyDataSetChanged();  
14.            }  
15.        });  
16.    }  
17. };  

连接到GATT服务端注意：只能扫描BLE设备或者扫描传统蓝牙设备，不能同时扫描BLE和传统蓝牙设备。

与一个BLE设备交互的第一步就是连接它——更具体的，连接到BLE设备上的GATT服务端。为了连接到BLE设备上的GATT服务端，需要使用connectGatt( )方法。这个方法需要三个参数：一个Context对象，自动连接（boolean值,表示只要BLE设备可用是否自动连接到它），和BluetoothGattCallback调用。

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1. mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);  

在这个例子中，这个BLE APP提供了一个activity（DeviceControlActivity)来连接，显示数据，显示该设备支持的GATT services和characteristics。根据用户的输入，这个activity与BluetoothLeService通信，通过Android BLE API实现与BLE设备交互。连接到GATT服务端时，由BLE设备做主机，并返回一个BluetoothGatt实例，然后你可以使用这个实例来进行GATT客户端操作。请求方（Android app)是GATT客户端。BluetoothGattCallback用于传递结果给用户，例如连接状态，以及任何进一步GATT客户端操作。

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1. //通过BLE API服务端与BLE设备交互  
2. public class BluetoothLeService extends Service {  
3.     private final static String TAG = BluetoothLeService.class.getSimpleName();  
4.     private BluetoothManager mBluetoothManager; //蓝牙管理器  
5.     private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter; //蓝牙适配器  
6.     private String mBluetoothDeviceAddress; //蓝牙设备地址  
7.     private BluetoothGatt mBluetoothGatt;   
8.     private int mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;  
9.     private static final int STATE_DISCONNECTED = 0; //设备无法连接  
10.     private static final int STATE_CONNECTING = 1;  //设备正在连接状态  
11.     private static final int STATE_CONNECTED = 2;   //设备连接完毕  
12.     public final static String ACTION_GATT_CONNECTED =  
13.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_CONNECTED";  
14.     public final static String ACTION_GATT_DISCONNECTED =  
15.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_DISCONNECTED";  
16.     public final static String ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED =  
17.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED";  
18.     public final static String ACTION_DATA_AVAILABLE =  
19.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_DATA_AVAILABLE";  
20.     public final static String EXTRA_DATA =  
21.             "com.example.bluetooth.le.EXTRA_DATA";  
22.     public final static UUID UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT =  
23.             UUID.fromString(SampleGattAttributes.HEART_RATE_MEASUREMENT);  
24.     //通过BLE API的不同类型的回调方法  
25.     private final BluetoothGattCallback mGattCallback =  
26.             new BluetoothGattCallback() {  
27.         @Override  
28.         public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,  
29.                 int newState) {//当连接状态发生改变  
30.             String intentAction;  
31.             if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {//当蓝牙设备已经连接  
32.                 intentAction = ACTION_GATT_CONNECTED;  
33.                 mConnectionState = STATE_CONNECTED;  
34.                 broadcastUpdate(intentAction);  
35.                 Log.i(TAG, "Connected to GATT server.");  
36.                 Log.i(TAG, "Attempting to start service discovery:" +  
37.                         mBluetoothGatt.discoverServices());  
38.             } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {//当设备无法连接  
39.                 intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED;  
40.                 mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;  
41.                 Log.i(TAG, "Disconnected from GATT server.");  
42.                 broadcastUpdate(intentAction);  
43.             }  
44.         }  
45.         @Override  
46.         // 发现新服务端  
47.         public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {  
48.             if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {  
49.                 broadcastUpdate(ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);  
50.             } else {  
51.                 Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);  
52.             }  
53.         }  
54.         @Override  
55.         // 读写特性  
56.         public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,  
57.                 BluetoothGattCharacteristic characteristic,  
58.                 int status) {  
59.             if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {  
60.                 broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);  
61.             }  
62.         }  
63.      ...  
64.     };  
65. ...  
66. }  

当一个特定的回调被触发的时候，它会调用相应的broadcastUpdate()辅助方法并且传递给它一个action。注意在该部分中的数据解析按照蓝牙心率测量配置文件规格进行。

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1. private void broadcastUpdate(final String action) {  
2.     final Intent intent = new Intent(action);  
3.     sendBroadcast(intent);  
4. }  
5. private void broadcastUpdate(final String action,  
6.                              final BluetoothGattCharacteristic characteristic) {  
7.     final Intent intent = new Intent(action);  
8.     // 这是心率测量配置文件。  
9.     if (UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT.equals(characteristic.getUuid())) {  
10.         int flag = characteristic.getProperties();  
11.         int format = -1;  
12.         if ((flag & 0x01) != 0) {  
13.             format = BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT16;  
14.             Log.d(TAG, "Heart rate format UINT16.");  
15.         } else {  
16.             format = BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8;  
17.             Log.d(TAG, "Heart rate format UINT8.");  
18.         }  
19.         final int heartRate = characteristic.getIntValue(format, 1);  
20.         Log.d(TAG, String.format("Received heart rate: %d", heartRate));  
21.         intent.putExtra(EXTRA_DATA, String.valueOf(heartRate));  
22.     } else {  
23.         // 对于所有其他的配置文件，用十六进制格式写数据  
24.         final byte[] data = characteristic.getValue();  
25.         if (data != null && data.length > 0) {  
26.             final StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(data.length);  
27.             for(byte byteChar : data)  
28.                 stringBuilder.append(String.format("%02X ", byteChar));  
29.             intent.putExtra(EXTRA_DATA, new String(data) + "\n" +  
30.                     stringBuilder.toString());  
31.         }  
32.     }  
33.     sendBroadcast(intent);  
34. }  

返回DeviceControlActivity, 这些事件由一个BroadcastReceiver来处理:

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1. // 通过服务控制不同的事件  
2. // ACTION_GATT_CONNECTED: 连接到GATT服务端  
3. // ACTION_GATT_DISCONNECTED: 未连接GATT服务端.  
4. // ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED: 未发现GATT服务.  
5. // ACTION_DATA_AVAILABLE: 接受来自设备的数据，可以通过读或通知操作获得。  
6. private final BroadcastReceiver mGattUpdateReceiver = new BroadcastReceiver() {  
7.     @Override  
8.     public void onReceive(Context context, Intent intent) {  
9.         final String action = intent.getAction();  
10.         if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_CONNECTED.equals(action)) {  
11.             mConnected = true;  
12.             updateConnectionState(R.string.connected);  
13.             invalidateOptionsMenu();  
14.         } else if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_DISCONNECTED.equals(action)) {  
15.             mConnected = false;  
16.             updateConnectionState(R.string.disconnected);  
17.             invalidateOptionsMenu();  
18.             clearUI();  
19.         } else if (BluetoothLeService.  
20.                 ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED.equals(action)) {  
21.             // 在用户接口上展示所有的services and characteristics  
22.             displayGattServices(mBluetoothLeService.getSupportedGattServices());  
23.         } else if (BluetoothLeService.ACTION_DATA_AVAILABLE.equals(action)) {  
24.             displayData(intent.getStringExtra(BluetoothLeService.EXTRA_DATA));  
25.         }  
26.     }  
27. };  

读取BLE变量

你的android app完成与GATT服务端连接和发现services后，就可以读写支持的属性。例如，这段代码通过服务端的services和 characteristics迭代，并且将它们显示在UI上。

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1. public class DeviceControlActivity extends Activity {  
2.     ...  
3.     // 演示如何遍历支持GATT Services/Characteristics  
4.     // 这个例子中，我们填充绑定到UI的ExpandableListView上的数据结构  
5.     private void displayGattServices(List<BluetoothGattService> gattServices) {  
6.         if (gattServices == null) return;  
7.         String uuid = null;  
8.         String unknownServiceString = getResources().  
9.                 getString(R.string.unknown_service);  
10.         String unknownCharaString = getResources().  
11.                 getString(R.string.unknown_characteristic);  
12.         ArrayList<HashMap<String, String>> gattServiceData =  
13.                 new ArrayList<HashMap<String, String>>();  
14.         ArrayList<ArrayList<HashMap<String, String>>> gattCharacteristicData  
15.                 = new ArrayList<ArrayList<HashMap<String, String>>>();  
16.         mGattCharacteristics =  
17.                 new ArrayList<ArrayList<BluetoothGattCharacteristic>>();  
18.         // 循环可用的GATT Services.  
19.         for (BluetoothGattService gattService : gattServices) {  
20.             HashMap<String, String> currentServiceData =  
21.                     new HashMap<String, String>();  
22.             uuid = gattService.getUuid().toString();  
23.             currentServiceData.put(  
24.                     LIST_NAME, SampleGattAttributes.  
25.                             lookup(uuid, unknownServiceString));  
26.             currentServiceData.put(LIST_UUID, uuid);  
27.             gattServiceData.add(currentServiceData);  
28.             ArrayList<HashMap<String, String>> gattCharacteristicGroupData =  
29.                     new ArrayList<HashMap<String, String>>();  
30.             List<BluetoothGattCharacteristic> gattCharacteristics =  
31.                     gattService.getCharacteristics();  
32.             ArrayList<BluetoothGattCharacteristic> charas =  
33.                     new ArrayList<BluetoothGattCharacteristic>();  
34.            // 循环可用的Characteristics.  
35.             for (BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic :  
36.                     gattCharacteristics) {  
37.                 charas.add(gattCharacteristic);  
38.                 HashMap<String, String> currentCharaData =  
39.                         new HashMap<String, String>();  
40.                 uuid = gattCharacteristic.getUuid().toString();  
41.                 currentCharaData.put(  
42.                         LIST_NAME, SampleGattAttributes.lookup(uuid,  
43.                                 unknownCharaString));  
44.                 currentCharaData.put(LIST_UUID, uuid);  
45.                 gattCharacteristicGroupData.add(currentCharaData);  
46.             }  
47.             mGattCharacteristics.add(charas);  
48.             gattCharacteristicData.add(gattCharacteristicGroupData);  
49.          }  
50.     ...  
51.     }  
52. ...  
53. }  

接收GATT通知

当设备上的特性改变时会通知BLE应用程序。这段代码显示了如何使用setCharacteristicNotification( )给一个特性设置通知。

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1. private BluetoothGatt mBluetoothGatt;  
2. BluetoothGattCharacteristic characteristic;  
3. boolean enabled;  
4. ...  
5. mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enabled);  
6. ...  
7. BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(  
8.         UUID.fromString(SampleGattAttributes.CLIENT_CHARACTERISTIC_CONFIG));  
9. descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);  
10. mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);  

如果对一个特性启用通知,当远程蓝牙设备特性发送变化，回调函数onCharacteristicChanged( ))被触发。

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1. @Override  
2. // 广播更新  
3. public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,  
4.         BluetoothGattCharacteristic characteristic) {  
5.     broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);  
6. }  

关闭客户端App

当你的app完成BLE设备的使用后，应该调用close( ))，系统可以合理释放占用资源。

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1. public void close() {  
2.     if (mBluetoothGatt == null) {  
3.         return;  
4.     }  
5.     mBluetoothGatt.close();  
6.     mBluetoothGatt = null;  
7. }