安卓BLE蓝牙开发详解

前言

BLE蓝牙的兴起主要因为近年来可穿戴设备的流行。由于传统蓝牙功耗高不能满足可穿戴设备对于续航的要求。所以大部分可穿戴设备采用蓝牙4.0，即BLE蓝牙技术。BLE(Bluetooth Low Energy)低功耗蓝牙，主要特点是快速搜索，快速连接，超低功耗保持连接和数据传输。
缺点：BLE蓝牙数据传输速率低，特别是在安卓开发过程，BLE蓝牙一包数据最多为20字节，因此安卓系统下最好不要使用BLE蓝牙传输大量数据。

蓝牙开发的主要流程

（一）申请权限

安卓手机涉及蓝牙权限问题，蓝牙开发需要在AndroidManifest.xml文件中添加权限声明：

<!-- 蓝牙权限 -->
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" />

为适配安卓6.0以及以上版本需要添加一个模糊定位的权限

 <uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION" />

手机权限管理中允许此权限，否则会出现无法搜索到设备的情况。

（二）打开蓝牙

在搜索设备之前需要询问打开手机蓝牙，其关键代码如下：

    //获取系统蓝牙适配器管理类
    private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = BluetoothAdapter
            .getDefaultAdapter();

    // 询问打开蓝牙
    if (mBluetoothAdapter != null && !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
            Intent enableBtIntent = new Intent(
                    BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
            startActivityForResult(enableBtIntent, 1);
    }
      // 申请打开蓝牙请求的回调
    @Override
    protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {
        // TODO Auto-generated method stub
        super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data);
        if (requestCode == 1) {
            if (resultCode == RESULT_OK) {
                Toast.makeText(this, "蓝牙已经开启", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            } else if (resultCode == RESULT_CANCELED) {
                Toast.makeText(this, "没有蓝牙权限", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                finish();
            }
        }
    }

（三）搜索设备

本文主要针对BLE蓝牙开发，因此采用mBluetoothAdapter.startLeScan(LeScanCallback callback)方式扫描BLE蓝牙设备。调用方法如下：

mBluetoothAdapter.startLeScan(callback);
private LeScanCallback callback = new LeScanCallback() {

    @Override
    public void onLeScan(BluetoothDevice device, int arg1, byte[] arg2) {

        //device为扫描到的BLE设备
        if(device.getName() == "目标设备名称"){
            //获取目标设备
            targetDevice = device;
        }
    }
};

（四）连接设备

通过扫描BLE设备，根据设备名称区分出目标设备targetDevice，下一步实现与目标设备的连接。在连接设备之前要停止搜索蓝牙。

mBluetoothAdapter.stopLeScan(callback);

注：停止搜索一般需要一定的时间来完成，最好调用停止搜索函数之后加以100ms的延时，保证系统能够完全停止搜索蓝牙设备。停止搜索之后启动连接过程。

BLE蓝牙的连接方法相对简单只需调用connectGatt方法，函数原型如下：

public BluetoothGatt connectGatt (Context context, boolean autoConnect, BluetoothGattCallback callback)；

参数说明
返回值 BluetoothGatt: BLE蓝牙连接管理类，主要负责与设备进行通信。后续会进一步介绍该类。
boolean autoConnect：建议置为false，能够提升连接速度。
BluetoothGattCallback callback 连接回调，重要参数，BLE通信的核心部分。

（五）设备通信

与设备建立连接之后与设备通信，整个通信过程都是在BluetoothGattCallback的异步回调函数中完成。
BluetoothGattCallback中主要回调函数如下：

private BluetoothGattCallback gattCallback = new BluetoothGattCallback() {
    
        @Override
        public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
                int newState) {
        }
        @Override
        public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
            
            super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);

        }

        @Override
        public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {
        
            
        };

        @Override
        public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {


        }

        @Override
        public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
            

        }
    };

上述几个回调函数是BLE开发中不可缺少的，每个函数的意义以及被调用的时机会在后续步骤中一一说明。

（1）等待设备连接成功

当调用targetdDevice.connectGatt(context, false, gattCallback)后系统会主动发起与BLE蓝牙设备的连接，若成功连接到设备将回调onConnectionStateChange方法，其处理过程如下：

@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
                int newState) {
            if (newState == BluetoothGatt.STATE_CONNECTED) {
                Log.e(TAG, "设备连接上 开始扫描服务");
                // 开始扫描服务，安卓蓝牙开发重要步骤之一
                mBluetoothGatt.discoverServices();
            }
            if (newState == BluetoothGatt.STATE_DISCONNECTED) {

                // 连接断开
                /*连接断开后的相应处理*/      
            }
};

判断newState == BluetoothGatt.STATE_CONNECTED表明此时已经成功连接到设备。

（2）开启扫描服务

mBluetoothGatt.discoverServices();

扫描BLE设备服务是安卓系统中关于BLE蓝牙开发的重要一步，一般在设备连接成功后调用，扫描到设备服务后回调onServicesDiscovered()函数，函数原型如下：。

@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {

    private List<BluetoothGattService> servicesList;
    //获取服务列表
    servicesList = mBluetoothGatt.getServices();

}

BLE蓝牙协议下数据的通信方式采用BluetoothGattService、BluetoothGattCharacteristic和BluetoothGattDescriptor三个主要的类实现通信。
BluetoothGattService 简称服务，是构成BLE设备协议栈的组成单位，一个蓝牙设备协议栈一般由一个或者多个BluetoothGattService组成。
BluetoothGattCharacteristic 简称特征，一个服务包含一个或者多个特征，特征作为数据的基本单元。
一个BluetoothGattCharacteristic特征包含一个数据值和附加的关于特征的描述BluetoothGattDescriptor。
BluetoothGattDescriptor：用于描述特征的类，其同样包含一个value值。

（3）获取负责通信的BluetoothGattCharacteristic

BLE蓝牙开发主要有负责通信的BluetoothGattService完成的。当且称为通信服务。通信服务通过硬件工程师提供的UUID获取。获取方式如下：

BluetoothGattService service = mBluetoothGatt.getService(UUID.fromString("蓝牙模块提供的负责通信UUID字符串"));

通信服务中包含负责读写的BluetoothGattCharacteristic，且分别称为notifyCharacteristic和writeCharacteristic。其中notifyCharacteristic负责开启监听，也就是启动收数据的通道，writeCharacteristic负责写入数据。
具体操作方式如下：

  BluetoothGattService service = mBluetoothGatt.getService(UUID.fromString("蓝牙模块提供的负责通信服务UUID字符串"));
   // 例如形式如：49535343-fe7d-4ae5-8fa9-9fafd205e455
  notifyCharacteristic = service.getCharacteristic(UUID.fromString("notify uuid"));
  writeCharacteristic =  service.getCharacteristic(UUID.fromString("write uuid"));

（4）开启监听

开启监听，即建立与设备的通信的首发数据通道，BLE开发中只有当上位机成功开启监听后才能与下位机收发数据。开启监听的方式如下：

mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(notifyCharacteristic, true)
BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic
                            .getDescriptor(UUID
                                    .fromString
("00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb"));
descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);

若开启监听成功则会回调BluetoothGattCallback中的onDescriptorWrite()方法，处理方式如下:

@Override
public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {
        if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                
            //开启监听成功，可以像设备写入命令了
            Log.e(TAG, "开启监听成功");
        }
            
};

（5）写入数据

监听成功后通过向 writeCharacteristic写入数据实现与下位机的通信。写入方式如下：

//value为上位机向下位机发送的指令
writeCharacteristic.setValue(value);
mBluetoothGatt.writeCharacteristic(writeCharacteristic)

其中：value一般为Hex格式指令，其内容由设备通信的蓝牙通信协议规定。

（6）接收数据

若写入指令成功则回调BluetoothGattCallback中的onCharacteristicWrite()方法，说明将数据已经发送给下位机。

@Override
public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,
            BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
            
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                Log.e(TAG, "发送成功");
            }   
            super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);
}

若发送的数据符合通信协议，则下位机会向上位机回复相应的数据。发送的数据通过回调onCharacteristicChanged()方法获取，其处理方式如下：

@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattCharacteristic characteristic) {

            // value为设备发送的数据，根据数据协议进行解析
            byte[] value = characteristic.getValue();

}

通过向下位机发送指令获取下位机的回复数据，即可完成与设备的通信过程。

（六）断开连接

当与设备完成通信之后之后一定要断开与设备的连接。调用以下方法断开与设备的连接：

mBluetoothGatt.disconnect();
mBluetoothGatt.close();

通过以上六个主要步骤即可实现与设备的通信流程，BLE蓝牙开发流程相对固定，只需按照固定步骤执行即可。若按照上述流程扔不能完成整个通信过程，可以查看另外一篇文章安卓蓝牙开发填坑之路，看看是不是踩到坑了。
笔者能力有限，谢谢大家的支持。。。