iOS 蓝牙

随着蓝牙低功耗技术BLE(Bluetooth Low Energy)的发展,蓝牙技术正在一步步成熟,如今的大部分移动设备都配备有蓝牙4.0,相比之前的蓝牙技术耗电量大大降低。

在iOS中进行蓝牙传输常用的框架有如下几种:

1.GameKit.framework:

iOS7之前的蓝牙框架,只可用于同应用之间的蓝牙传输。

2.MultipeerConnectivity.framework:

iOS7开始引入的蓝牙框架,用于取代GameKit,也有缺陷,仅支持iOS设备之间蓝牙传输。

3.CoreBluetooth.framework:

功能强大的蓝牙框架,但要求设备必须支持蓝牙4.0,可以支持所有设备蓝牙传输,只要该设备支持蓝牙4.0。

应用的比较多的是CoreBluetooth框架,这里就选择CoreBluetooth框架来讲。

二、CoreBluetooth

当前BLE应用相当广泛,不再仅仅是两个设备之间的数据传输,它还有很多其他应用市场,例如室内定位、无线支付、智能家居等等,这也使得CoreBluetooth成为当前最热门的蓝牙技术。

我的理解中,CoreBluetooth蓝牙通信过程和网络通信过程比较类似。

CoreBluetooth中,蓝牙传输都分为两个部分:

1.外围设备CBPeripheral:

负责发布并广播服务,告诉周围的中央设备它的可用服务和特征,类似于网络通信中的服务端。

2.中央设备CBCentral:

负责和外围设备建立连接,一旦连接成功就可以使用外围设备的服务和特征,类似于网络通信中的客户端

外围设备和中央设备交互的桥梁是服务特征,两个都有一个唯一标识CBUUID来确定一个服务或者特征:

·服务CBService:

中央设备只有通过服务才能与外围设备进行数据传输,类似于客户端通过网址URL才能与服务器连接一样。

·特征CBCharacteristic:

每个服务可以拥有多个特征,中央设备必须订阅外围设备服务的特征值,才能获取外围设备的数据,类似于GET请求可以请求获取服务器数据,POST请求可以向服务器传输数据一样。

三、设备作为外围设备

设备作为外围设备的创建步骤:

1.创建外围设备管理器CBPeripheralManager,并设置代理

2.创建一个特征CBCharacteristic,绑定一个CBUUID,设置特征属性

3.创建一个服务CBService,绑定一个CBUUID,设置服务的特征

4.调用外围设备管理器的对象方法,添加服务到外围设备上

1.-(void)addService:(CBService *)service;

//外围设备管理器开始广播服务

-(void)startAdvertising:(NSDictionary *)dict;

4.在外围设备管理器的代理方法,处理与中央设备的交互

外围设备管理器启动服务的相关代理方法:

/* 外围设备管理器状态发生改变后调用,比如外围设备打开蓝牙的时候 */

-(void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral;

/* 外围设备管理器添加了服务后调用,一般在这里进行广播服务 */

-(void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral

didAddService:(CBService *)service /* 添加的服务 */

error:(NSError *)error;/* 添加服务错误信息 */

/* 启动广播服务后调用 */

-(void)peripheralManagerDidStartAdvertising:(CBPeripheralManager *)peripheral

error:(NSError *)error;

/* 启动服务错误信息 */

/* 外围设备恢复状态时调用 */

-(void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral

willRestoreState:(NSDictionary *)dict;

外围设备管理器和中央设备进行交互的代理方法:

/* 中央设备订阅外围设备的特征时调用 */

-(void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral

/* 外围设备管理器 */

central:(CBCentral *)central /* 中央设备 */

didSubscribeToCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;/* 订阅的特征 *//* 中央设备取消订阅外围设备的特征时调用 */

-(void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral

/* 外围设备管理器 */

central:(CBCentral *)central /* 中央设备 */

didUnsubscribeFromCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;/* 特征 */

/* 外围设备收到中央设备的写请求时调用 */

-(void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral

didReceiveWriteRequests:(CBATTRequest *)request;/* 写请求 */

外围设备管理器CBPeripheralManager的常用对象方法:

/* 添加服务 */

-(void)addService:(CBService *)service;

/* 开启广播服务,dict设置设备信息 */

-(void)startAdvertising:(NSDictionary *)dict;

/* 更新特征值,centrals为空,表示对所有连接的中央设备通知 */

-(void)updateValue:(NSData *)value /* 特征的特征值 */

forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic

/* 特征 */

onSubscribedCentrals:(NSArray *)centrals;

/* 需要通知更新特征值的中央设备 */

下面是设备作为外围设备的实例:

#import "PeripheralViewController.h"

#import

#define kPeripheralName         @"Liuting's Device"

//外围设备名称,自定义

#define kServiceUUID            @"FFA0-FFB0" //服务的UUID,自定义#define kCharacteristicUUID     @"FFCC-FFDD" //特征的UUID,自定义

@interface PeripheralViewController ()

@property(strong,nonatomic) CBPeripheralManager *peripheralManager;

/* 外围设备管理器 */

@property(strong,nonatomic)NSMutableArray*centralM;

/* 订阅的中央设备 */

@property(strong,nonatomic) CBMutableCharacteristic *characteristicM;

/* 特征 */

@end

@implementation PeripheralViewController

- (void)viewDidLoad{

[superviewDidLoad];

self.centralM= [NSMutableArrayarray];

//创建外围设备管理器

self.peripheralManager= [[CBPeripheralManager alloc] initWithDelegate:selfqueue:nil];

}

#pragma mark - UI事件

/* 点击更新特征值 */

- (IBAction)changeCharacteristicValue:(id)sender {

//特征值,这里是更新特征值为当前时间

NSString*valueStr = [NSStringstringWithFormat:@"%@",[NSDatedate]];

NSData*value = [valueStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];

//更新特征值

[self.peripheralManagerupdateValue:value

forCharacteristic:self.characteristicM

onSubscribedCentrals:nil];

}

#pragma mark - 私有方法

/* 创建特征、服务并添加服务到外围设备 */

- (void)addMyService{

/*1.创建特征*/

//创建特征的UUID对象

CBUUID*characteristicUUID= [CBUUIDUUIDWithString:kCharacteristicUUID];

/* 创建特征

* 参数

* uuid:特征标识

* properties:特征的属性,例如:可通知、可写、可读等

* value:特征值

* permissions:特征的权限

*/

CBMutableCharacteristic *characteristicM =

[[CBMutableCharacteristic alloc]initWithType:characteristicUUIDproperties:CBCharacteristicPropertyNotifyvalue:nilpermissions:CBAttributePermissionsReadable];

self.characteristicM= characteristicM;

//创建服务UUID对象

CBUUID*serviceUUID= [CBUUIDUUIDWithString:kServiceUUID];

//创建服务

CBMutableService *serviceM = [[CBMutableService alloc] initWithType:serviceUUIDprimary:YES];

//设置服务的特征

[serviceM setCharacteristics:@[characteristicM]];

//将服务添加到外围设备

[self.peripheralManageraddService:serviceM];

}

#pragma mark - CBPeripheralManager代理方法

/* 外围设备状态发生变化后调用 */

- (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral{

//判断外围设备管理器状态

switch(peripheral.state) {

caseCBPeripheralManagerStatePoweredOn:

{

NSLog(@"BLE已打开.");

//添加服务

[selfaddMyService];

break;

}

default:

{

NSLog(@"此设备不支持BLE或未打开蓝牙功能,无法作为外围设备.");

break;

}

}

}

/* 外围设备恢复状态时调用 */

- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral

willRestoreState:(NSDictionary*)dict

{

NSLog(@"状态恢复");

}

/* 外围设备管理器添加服务后调用 */

- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral

didAddService:(CBService *)service  error:(NSError*)error

{

//设置设备信息dict,CBAdvertisementDataLocalNameKey是设置设备名

NSDictionary*dict = @{CBAdvertisementDataLocalNameKey:kPeripheralName};

//开始广播

[self.peripheralManagerstartAdvertising:dict];

NSLog(@"向外围设备添加了服务并开始广播...");

}

/* 外围设备管理器启动广播后调用 */

- (void)peripheralManagerDidStartAdvertising:(CBPeripheralManager *)peripheral  error:(NSError*)error

{

if(error) {

NSLog(@"启动广播过程中发生错误,错误信息:%@",error.localizedDescription);

return;

}

NSLog(@"启动广播...");

}

/* 中央设备订阅特征时调用 */

- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral

central:(CBCentral *)central

didSubscribeToCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic

{

NSLog(@"中心设备:%@ 已订阅特征:%@.",central,characteristic);

//把订阅的中央设备存储下来

if(![self.centralMcontainsObject:central]) {

[self.centralMaddObject:central];

}

}/* 中央设备取消订阅特征时调用 */

- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral

central:(CBCentral *)central

didUnsubscribeFromCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic

{

NSLog(@"中心设备:%@ 取消订阅特征:%@",central,characteristic);

}

/* 外围设备管理器收到中央设备写请求时调用 */

- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral

didReceiveWriteRequests:(CBATTRequest *)request

{

NSLog(@"收到写请求");

}@end

四、设备作为中央设备

更多的时候,我们需要的是一个中央设备,外围设备不一定是iOS设备,所以上面外围设备的创建不一定会用到,比如外围设备是GPS导航仪、心率仪等,这些只要遵循BLE4.0的规范,中央设备就可以与之连接并寻找服务和订阅特征。

设备作为中央设备的创建步骤:

1.创建中央设备管理器对象CBCentralManager,设置代理

2.扫描外围设备,发现外围设备CBPeripheral进行连接,保持连接的外围设备

3.在连接外围设备成功的代理方法中,设置外围设备的代理,调用外围设备的对象方法寻找服务

4.查找外围设备的服务和特征,查找到可用特征,则读取特征数据。

·记住这里是外围设备对象CBPeripheral不是上面的外围设备管理器对象CBPeripheralManager

中央设备管理器的代理方法:

/* 中央设备管理器状态改变后调用,比如蓝牙的打开与关闭 */-(void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central;/* 开启扫描后,中央设备管理器发现外围设备后调用 */-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central

didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral /* 外围设备 */

advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData /* 设备信息 */

RSSI:(NSNumber *)RSSI;/* 信号强度 */

/* 中央设备管理器成功连接到外围设备后调用 */

-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central

didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral;

/* 外围设备 */

/* 中央设备管理器连接外围设备失败后调用 */

-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central

didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral

/* 外围设备 */

error:(NSError *)error;

/* 连接失败的错误信息 */

中央设备管理器的对象方法:

/* 扫描外围设备,可以指定含有指定服务的外围设备 */

-(void)scanForPeripheralsWithServices:(NSArray *)services

options:(NSDictionary *)options;

/* 停止扫描 */

-(void)stopScan;

/* 连接外围设备 */

-(void)connectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral

options:(NSDictionary *)options;

/* 断开外围设备 */

-(void)cancelPeripheralConnection:(CBPeripheral *)peripheral;

外围设备的代理方法【和上面的外围设备管理器代理不一样】

/**

*  1.成功订阅外围设备的服务后调用,在该代理方法中寻找服务的特征

*  @param peripheral 连接到的设备

*  @param error       错误信息

*/

-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral

didDiscoverServices:(NSError *)error;

/**

*  2.成功找到外围设备服务的特征后调用,在该代理方法中设置订阅方式

*  @param peripheral 连接的设备

*  @param service     拥有的服务

*  @param error       错误信息

*/

-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral

didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service

error:(NSError *)error;/**

*  3.外围设备读取到特征值就会调用

*  @param peripheral    连接的设备

*  @param characteristic 改变的特征

*  @param error          错误信息

*/

-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral

didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic

error:(NSError *)error;/**

*  4.向外围设备的特征对象写操作完成后调用

*  特别:当写操作为CBCharacteristicWriteWithoutResponse时不会调用

*  @param peripheral    连接的设备

*  @param characteristic 要写入的特征

*  @param error          错误信息

*/

-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral

didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic

error:(NSError *)error;

外围设备CBPeripheral的常用对象方法:

/* 寻找服务,传入的是服务的唯一标识CBUUID */

-(void)discoverServices:(NSArray *)services;/* 寻找指定服务下的特征,特征数组也是传入特征的唯一标识CBUUID */

-(void)discoverCharacteristics:(NSArray *)characteristics

forService:(CBService *)service;/* 服务 */

/* 设置是否向特征订阅数据实时通知,YES表示会实时多次会调用代理方法读取数据 */

-(void)setNotifyValue:(BOOL)value

forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

/* 读取特征的数据,调用此方法后会调用一次代理方法读取数据 */

-(void)readValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

/* 向特征写入数据,看type类型,决定调不调用写入数据后回调的代理方法 */

-(void)writeValue:(NSData *)value

/* 写入数据 */

forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic /* 特征 */

type:(CBCharacteristicWriteType)type;/* 写入类型 */

写入类型目前只有2种方式:

/* 写入类型,决定要不要调用代理方法 */

typedefNS_ENUM(NSInteger, CBCharacteristicWriteType) {

CBCharacteristicWriteWithResponse =0,//有回调的写入

CBCharacteristicWriteWithoutResponse//没回调的写入

};

下面是设备作为中央设备的实例:

#import "CentralViewController.h"

#import

#define kPeripheralName         @"Liuting's Device" //外围设备名称#define kServiceUUID            @"FFA0-FFB0" //服务的UUID

#define kCharacteristicUUID     @"FFCC-FFDD" //特征的UUID

@interface CentralViewController ()

@property(strong,nonatomic) CBCentralManager *centralManager;/* 中央设备管理器 */

@property(strong,nonatomic)NSMutableArray*peripherals;/* 连接的外围设备 */

@end

@implementation CentralViewController

#pragma mark - UI事件

- (void)viewDidLoad{

[superviewDidLoad];

self.peripherals= [NSMutableArrayarray];

//创建中心设备管理器并设置当前控制器视图为代理

self.centralManager= [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:selfqueue:nil];

}

#pragma mark - CBCentralManager代理方法

/* 中央设备管理器状态更新后调用 */

- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central{

switch(central.state) {

caseCBPeripheralManagerStatePoweredOn:

NSLog(@"BLE已打开.");

//扫描外围设备

[central scanForPeripheralsWithServices:niloptions:nil];

break;

default:

NSLog(@"此设备不支持BLE或未打开蓝牙功能,无法作为中央设备.");

break;

}

}/*

*  发现外围设备调用

*  @param central              中央设备管理器

*  @param peripheral        外围设备

*  @param advertisementData 设备信息

*  @param RSSI              信号质量(信号强度)

*/

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central

didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral

advertisementData:(NSDictionary*)advertisementData

RSSI:(NSNumber*)RSSI

{

NSLog(@"发现外围设备...");

//连接指定的外围设备,匹配设备名

if([peripheral.nameisEqualToString:kPeripheralName]) {

//添加保存外围设备,因为在此方法调用完外围设备对象就会被销毁

if(![self.peripheralscontainsObject:peripheral]){

[self.peripheralsaddObject:peripheral];

}

NSLog(@"开始连接外围设备...");

[self.centralManagerconnectPeripheral:peripheral options:nil];

}

}

/* 中央设备管理器成功连接到外围设备后调用 */

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central

didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral

{

NSLog(@"连接外围设备成功!");

//停止扫描

[self.centralManagerstopScan];

//设置外围设备的代理为当前视图控制器

peripheral.delegate=self;

//外围设备开始寻找服务

[peripheral discoverServices:@[[CBUUIDUUIDWithString:kServiceUUID]]];

}

/* 中央设备管理器连接外围设备失败后调用 */

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central

didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral

error:(NSError*)error

{

NSLog(@"连接外围设备失败!");

}

#pragma mark - CBPeripheral 代理方法/* 外围设备寻找到服务后调用 */

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral

didDiscoverServices:(NSError*)error

{

NSLog(@"已发现可用服务...");

//遍历查找到的服务

CBUUID*serviceUUID= [CBUUIDUUIDWithString:kServiceUUID];

CBUUID*characteristicUUID= [CBUUIDUUIDWithString:kCharacteristicUUID];

for(CBService *serviceinperipheral.services) {

if([service.UUIDisEqual:serviceUUID]){

//外围设备查找指定服务中的特征,characteristics为nil,表示寻找所有特征

[peripheral discoverCharacteristics:nilforService:service];

}

}

}

/* 外围设备寻找到特征后调用 */

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral

didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service

error:(NSError*)error

{

NSLog(@"已发现可用特征...");

//遍历服务中的特征

CBUUID*serviceUUID= [CBUUIDUUIDWithString:kServiceUUID];

CBUUID*characteristicUUID= [CBUUIDUUIDWithString:kCharacteristicUUID];

if([service.UUIDisEqual:serviceUUID]) {

for(CBCharacteristic *characteristicinservice.characteristics) {

if([characteristic.UUIDisEqual:characteristicUUID]) {

//情景一:通知

/* 找到特征后设置外围设备为已通知状态(订阅特征):

* 调用此方法会触发代理方法peripheral:didUpdateValueForCharacteristic:error:

* 调用此方法会触发外围设备管理器的订阅代理方法

*/

[peripheral setNotifyValue:YESforCharacteristic:characteristic];

//情景二:读取

//调用此方法会触发代理方法peripheral:didUpdateValueForCharacteristic:error:

//[peripheral readValueForCharacteristic:characteristic];

}

}

}

}

/* 外围设备读取到特征值后调用 */

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral

didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic

error:(NSError*)error

{

if(characteristic.value) {

NSString*value = [[NSStringalloc] initWithData:characteristic.value

encoding:NSUTF8StringEncoding];

NSLog(@"读取到特征值:%@",value);

}else{

NSLog(@"未发现特征值.");

}

}@end

五、蓝牙后台运行

除非去申请后台权限,否则app都是只在前台运行的,程序在进入后台不久便会切换到挂起状态。挂起后,程序将无法再接收任何蓝牙事件。

中央设备管理器连接外围设备的方法中的options属性,可以设置如下字典值:

·CBConnectPeripheralOptionNotifyOnConnectionKey:

在连接成功后,程序被挂起,给出系统提示。

·CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey:

在程序挂起,蓝牙连接断开时,给出系统提示。

·CBConnectPeripheralOptionNotifyOnNotificationKey:

在程序挂起后,收到 peripheral 数据时,给出系统提示。

设置蓝牙后台模式:

·添加info.plist字段Required background nodes

·在该字段下添加字符串值:

oApp communicates using CoreBluetooth:表示支持设备作为中央设备后台运行

oApp shares data using CoreBluetooth:表示支持设备作为外围设备后台运行

后台运行设置info.plist

设备作为中央设备的后台运行和前台运行区别:

·会将发现的多个外围设备的广播数据包合并为一个事件,然后每找到一个外围设备都会调用发现外围设备的代理方法

·如果全部的应用都在后台搜索外围设备,那么每次搜索的时间间隔会更大。这会导致搜索到外围设备的时间变长

设备作为外围设备的后台运行和前台运行区别:

·在广播时,广播数据将不再包含外围设备的名字

·外围设备只能被明确标识了搜索服务UUID的iOS设备找到

·如果所有应用都在后台发起广播,那么发起频率会降低

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