蓝牙BLE开发指南实例

之前在一家公司做过关于蓝牙低功耗的功能，今天有空记录一下。
蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy)是从Android 4.3 (API level 18)新增的，相对于传统来说功耗相对低一些。先来了解一波理论~

关键术语和概念：

---

• Generic Attribute Profile (GATT)
  GATT配置文件是通过BLE链接发送和接收称为“属性”的短数据段的通用规范。 所有当前的低能耗应用程序配置文件均基于GATT。
  蓝牙SIG为低能耗设备定义了许多配置文件。 配置文件是设备如何在特定应用程序中工作的规范。 请注意，设备可以实现多个配置文件。 例如，一个设备可能包含一个心率监测器和一个电池电量检测器。
• Attribute Protocol (ATT)
  GATT建立在属性协议（ATT）之上。 这也被称为GATT / ATT。 ATT经过优化，可在BLE设备上运行。 为此，它使用尽可能少的字节。 每个属性由通用唯一标识符（UUID）唯一标识，该标识符是用于唯一标识信息的字符串ID的标准化128位格式。 由ATT传输的属性被格式化为特征和服务。
• Characteristic
  一个特征包含描述特征值的单个值和0-n个描述符。 一个特征可以被认为是一种类型，类似于一个阶级。
• Descriptor
  描述符是描述特征值的定义属性。 例如，描述符可以指定一个人类可读的描述，一个特征值的可接受范围，或特征值特定的度量单位。

• Service
  服务是一系列特征。 例如，您可以使用名为“心率监视器”的服务，其中包含“心率测量”等特征。

• 蓝牙权限

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

如果您想声明您的应用仅适用于支持BLE的设备，请在应用的清单中包含以下内容：

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

但是，如果您想让您的应用适用于不支持BLE的设备，则应该在应用的清单中包含此元素，但设置required =“false”。 然后在运行时，您可以使用PackageManager.hasSystemFeature（）来确定BLE可用性：

if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
    Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();
    finish();
}

1.获取蓝牙适配器BluetoothAdapter

private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
...
// Initializes Bluetooth adapter.
final BluetoothManager bluetoothManager =
        (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

2.打开蓝牙

//确保蓝牙在设备上可用并且已启用。 如果不，
//显示一个对话框，请求用户启用蓝牙的权限。
if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
    Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}

注意：传递给startActivityForResult（android.content.Intent，int）的REQUEST_ENABLE_BT常量是系统在onActivityResult（int，int，android.content）中传回给您的本地定义的整数（它必须大于0）。 意图）实现作为requestCode参数。

3.扫描蓝牙设备

要找到BLE设备，请使用startLeScan（）方法。 此方法将BluetoothAdapter.LeScanCallback作为参数。 您必须实现此回调，因为这是如何返回扫描结果。 由于扫描耗电量大，您应遵守以下准则：

一旦找到所需的设备，请停止扫描。
切勿扫描循环，并在扫描上设置时间限制。 之前可用的设备可能已移出范围，并继续扫描电池电量。
注意：6.0的需要加入ACCESS_COARSE_LOCATION 和ACCESS_FINE_LOCATION这2个权限扫描才会返回结果哦！

/**
 * Activity for scanning and displaying available BLE devices.
 */
public class DeviceScanActivity extends ListActivity {

    private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
    private boolean mScanning;
    private Handler mHandler;

    // Stops scanning after 10 seconds.
    private static final long SCAN_PERIOD = 10000;
    ...
    private void scanLeDevice(final boolean enable) {
        if (enable) {
            // Stops scanning after a pre-defined scan period.
            mHandler.postDelayed(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    mScanning = false;
                    mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
                }
            }, SCAN_PERIOD);

            mScanning = true;
            mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);
        } else {
            mScanning = false;
            mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
        }
        ...
    }
...
}

如果您只想扫描特定类型的外设，您可以改为调用startLeScan（UUID []，BluetoothAdapter.LeScanCallback），提供一组UUID对象，以指定应用程序支持的GATT服务。

以下是BluetoothAdapter.LeScanCallback的一个实现，它是用于传递BLE扫描结果的接口：

private LeDeviceListAdapter mLeDeviceListAdapter;
...
// Device scan callback.
private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =
        new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
    @Override
    public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,
            byte[] scanRecord) {
        runOnUiThread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
               mLeDeviceListAdapter.addDevice(device);
               mLeDeviceListAdapter.notifyDataSetChanged();
           }
       });
   }
};

注意：您只能扫描蓝牙LE设备或扫描经典蓝牙设备，如蓝牙中所述。 您无法同时扫描Bluetooth LE和传统设备。

4.连接到GATT服务器

与BLE设备交互的第一步是连接到它 - 更具体地说，连接到设备上的GATT服务器。 要连接到BLE设备上的GATT服务器，请使用connectGatt（）方法。 该方法有三个参数：一个Context对象，autoConnect（布尔值，指示是否在BLE设备变为可用时自动连接）以及对BluetoothGattCallback的引用：

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

它连接到由BLE设备托管的GATT服务器，并返回一个BluetoothGatt实例，然后您可以使用该实例来执行GATT客户端操作。 调用者（Android应用程序）是GATT客户端。 BluetoothGattCallback用于向客户端传递结果，例如连接状态以及任何进一步的GATT客户端操作。
连接成功后，ble的各种状态会在mGattCallback这个对象中回掉，举个栗子：

// A service that interacts with the BLE device via the Android BLE API.
public class BluetoothLeService extends Service {
    private final static String TAG = BluetoothLeService.class.getSimpleName();

    private BluetoothManager mBluetoothManager;
    private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
    private String mBluetoothDeviceAddress;
    private BluetoothGatt mBluetoothGatt;
    private int mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;

    private static final int STATE_DISCONNECTED = 0;
    private static final int STATE_CONNECTING = 1;
    private static final int STATE_CONNECTED = 2;

    public final static String ACTION_GATT_CONNECTED =
            "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_CONNECTED";
    public final static String ACTION_GATT_DISCONNECTED =
            "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_DISCONNECTED";
    public final static String ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED =
            "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED";
    public final static String ACTION_DATA_AVAILABLE =
            "com.example.bluetooth.le.ACTION_DATA_AVAILABLE";
    public final static String EXTRA_DATA =
            "com.example.bluetooth.le.EXTRA_DATA";

    public final static UUID UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT =
            UUID.fromString(SampleGattAttributes.HEART_RATE_MEASUREMENT);

    // BLE API定义的各种回调方法。
    private final BluetoothGattCallback mGattCallback =
            new BluetoothGattCallback() {
        @Override 
        //连接状态改变的方法
        public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
                int newState) {
            String intentAction;
            if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
                intentAction = ACTION_GATT_CONNECTED;
                mConnectionState = STATE_CONNECTED;
                broadcastUpdate(intentAction);
                Log.i(TAG, "Connected to GATT server.");
                Log.i(TAG, "Attempting to start service discovery:" +
                        mBluetoothGatt.discoverServices());

            } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {
                intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED;
                mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;
                Log.i(TAG, "Disconnected from GATT server.");
                broadcastUpdate(intentAction);
            }
        }

        @Override
        //发现新服务（一般来说，发现服务后才可以遍历可用的特征和描述之类的信息）
        public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                broadcastUpdate(ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);
            } else {
                Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);
            }
        }

        @Override
        // 特征读取操作的结果
        public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
                BluetoothGattCharacteristic characteristic,
                int status) {
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);
            }
        }
     ...
    };
...
}

发送广播

private void broadcastUpdate(final String action) {
    final Intent intent = new Intent(action);
    sendBroadcast(intent);
}

private void broadcastUpdate(final String action,
                             final BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
    final Intent intent = new Intent(action);

    // This is special handling for the Heart Rate Measurement profile. Data
    // parsing is carried out as per profile specifications.
    if (UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT.equals(characteristic.getUuid())) {
        int flag = characteristic.getProperties();
        int format = -1;
        if ((flag & 0x01) != 0) {
            format = BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT16;
            Log.d(TAG, "Heart rate format UINT16.");
        } else {
            format = BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8;
            Log.d(TAG, "Heart rate format UINT8.");
        }
        final int heartRate = characteristic.getIntValue(format, 1);
        Log.d(TAG, String.format("Received heart rate: %d", heartRate));
        intent.putExtra(EXTRA_DATA, String.valueOf(heartRate));
    } else {
        // For all other profiles, writes the data formatted in HEX.
        final byte[] data = characteristic.getValue();
        if (data != null && data.length > 0) {
            final StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(data.length);
            for(byte byteChar : data)
                stringBuilder.append(String.format("%02X ", byteChar));
            intent.putExtra(EXTRA_DATA, new String(data) + "\n" +
                    stringBuilder.toString());
        }
    }
    sendBroadcast(intent);
}

接收广播

// 处理由服务发起的各种事件。
// ACTION_GATT_CONNECTED：连接到GATT服务器。
// ACTION_GATT_DISCONNECTED：与GATT服务器断开连接。
// ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED：发现GATT服务。
// ACTION_DATA_AVAILABLE：收到来自设备的数据。 这可能是一个
//读取或通知操作的结果。
private final BroadcastReceiver mGattUpdateReceiver = new BroadcastReceiver() {
    @Override
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
        final String action = intent.getAction();
        if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_CONNECTED.equals(action)) {
            mConnected = true;
            updateConnectionState(R.string.connected);
            invalidateOptionsMenu();
        } else if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_DISCONNECTED.equals(action)) {
            mConnected = false;
            updateConnectionState(R.string.disconnected);
            invalidateOptionsMenu();
            clearUI();
        } else if (BluetoothLeService.
                ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED.equals(action)) {
            // Show all the supported services and characteristics on the
            // user interface.
            displayGattServices(mBluetoothLeService.getSupportedGattServices());
        } else if (BluetoothLeService.ACTION_DATA_AVAILABLE.equals(action)) {
            displayData(intent.getStringExtra(BluetoothLeService.EXTRA_DATA));
        }
    }
};

读取BLE属性

public class DeviceControlActivity extends Activity {
    ...
    /**
     * 遍历服务和特征
     *
     * @param gattServices 通过调用mBluetoothGatt.getServices();
     */
    private void displayGattServices(List<BluetoothGattService> gattServices) {
        if (gattServices == null) return;
        String uuid = null;
        String unknownServiceString = getResources().
                getString(R.string.unknown_service);
        String unknownCharaString = getResources().
                getString(R.string.unknown_characteristic);
        ArrayList<HashMap<String, String>> gattServiceData =
                new ArrayList<HashMap<String, String>>();
        ArrayList<ArrayList<HashMap<String, String>>> gattCharacteristicData
                = new ArrayList<ArrayList<HashMap<String, String>>>();
        mGattCharacteristics =
                new ArrayList<ArrayList<BluetoothGattCharacteristic>>();

        // Loops through available GATT Services.
        for (BluetoothGattService gattService : gattServices) {
            HashMap<String, String> currentServiceData =
                    new HashMap<String, String>();
            uuid = gattService.getUuid().toString();
            currentServiceData.put(
                    LIST_NAME, SampleGattAttributes.
                            lookup(uuid, unknownServiceString));
            currentServiceData.put(LIST_UUID, uuid);
            gattServiceData.add(currentServiceData);

            ArrayList<HashMap<String, String>> gattCharacteristicGroupData =
                    new ArrayList<HashMap<String, String>>();
            List<BluetoothGattCharacteristic> gattCharacteristics =
                    gattService.getCharacteristics();
            ArrayList<BluetoothGattCharacteristic> charas =
                    new ArrayList<BluetoothGattCharacteristic>();
           // Loops through available Characteristics.
            for (BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic :
                    gattCharacteristics) {
                charas.add(gattCharacteristic);
                HashMap<String, String> currentCharaData =
                        new HashMap<String, String>();
                uuid = gattCharacteristic.getUuid().toString();
                currentCharaData.put(
                        LIST_NAME, SampleGattAttributes.lookup(uuid,
                                unknownCharaString));
                currentCharaData.put(LIST_UUID, uuid);
                gattCharacteristicGroupData.add(currentCharaData);
            }
            mGattCharacteristics.add(charas);
            gattCharacteristicData.add(gattCharacteristicGroupData);
         }
    ...
    }
...
}

接收GATT通知
BLE应用程序在设备上发生特定特征变化时要求收到通知是很常见的。设置了setCharacteristicNotification()方法，mGattCallback中的onCharacteristicChanged()方法才会回调！ 这段代码展示了如何使用setCharacteristicNotification()方法为特征设置通知：

private BluetoothGatt mBluetoothGatt;
BluetoothGattCharacteristic characteristic;
boolean enabled;
...
mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enabled);
...
BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(
        UUID.fromString(SampleGattAttributes.CLIENT_CHARACTERISTIC_CONFIG));
descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);

一旦为特征启用通知，如果特性在远程设备上发生变化，则会触发onCharacteristicChanged（）回调：

@Override
// Characteristic notification
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
        BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
    broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);
}

断开客户端

public void disconnect() {
    if (mBluetoothGatt == null) {
        return;
    }
    mBluetoothGatt.disconnect();
}

关闭客户端应用程序
一旦您的应用程序完成使用BLE设备，它应该调用close（），以便系统可以适当地释放资源：

public void close() {
    if (mBluetoothGatt == null) {
        return;
    }
    mBluetoothGatt.close();
    mBluetoothGatt = null;
}

OK，到这里一个简单的BLE使用例子就完成了。下篇文章就是蓝牙进阶了，将介绍一些在实际开发中遇到的坑，以及如何填坑。