安卓低功耗蓝牙开发

近几日做了些安卓低功耗蓝牙的项目，主要是用了北欧半导体公司的板子。不过对于安卓上位机来说，是哪家公司的板子，差别并不是很大。
刚开始对蓝牙不是很了解，找了NordicSemiconductor的Android-nRF-Toolbox和谷歌自己的sample 的代码研究了一番。
Nordic的代码较为庞大，内容也很丰富，包括了dfu升级服务，体温服务，串口服务等等。而谷歌的相对要简单些，仅仅让使用者能够看出蓝牙发上来的数据，对于心率的服务还做了解析。两者的共同点是将大部分的蓝牙操作置于Service之中，而acticivty只需要绑定服务，并且注册相应的广播来接收各种信息即可。
因此，我对蓝牙的操作进行了一些小小的总结。只需要基于以下几个基本功能，就可以完成一个简单的蓝牙操作过程。

一、蓝牙的初始化

1.判断安卓设备是否支持ble

如果安卓设备不支持ble的话，基本就没得玩了。不过现在的安卓手机普遍都支持，按照官方文档的说法，如图。

只要是安卓4.3以上，即api18以上的设备基本都支持ble。但是不排除有些安卓设备是从4.3以下升级上来的，这些设备可能就不能使用低功耗蓝牙了，但是这种情况还是比较少的。尽管如此，我们还是可以用

public boolean isBLESupported() {
        boolean flag = true;
             if(!mContext.getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
            flag = false;
        }
        return flag;
    }

来判断以下。

2.获取本地蓝牙适配器

mBluetoothManager = (BluetoothManager)mContext.getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
            mBluetoothAdapter = mBluetoothManager.getAdapter();

只有在获取本地蓝牙适配器之后才能进行相应的蓝牙操作。

3.判断蓝牙是否已经打开

尽管这不是必须的，但是有时候可能会使用到。

private boolean isBLEEnabled() {
        return mBluetoothAdapter != null && mBluetoothAdapter.isEnabled();
    }

4.开启蓝牙

开启蓝牙有两种方式，一种是需要通过用户同意才打开，另一种是不经过用户，直接打开。这两种方式各有利弊。要根据情况来稍作判断。

public void enableBle(boolean bShowDialog) {
        if (isBLESupported()){
            if (bShowDialog){
                //这种是需要弹出对话框让用户选择是否打开的
                final Intent enableIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
                mContext.startActivity(enableIntent);
            }else{
                //这种是不经过用户，直接打开
                mBluetoothAdapter.enable();
            }
        }else {
            Log.v(TAG,"ble is not support");
        }
    }

5.关闭蓝牙

mBluetoothAdapter.disable();

关闭的代码较为简单。

二、扫描设备

扫描设备是相当耗能的，通常情况下，在扫描设备的时候不会进行其他有关蓝牙的操作。按照官方文档，我们扫描的时候还应当设定一个扫描时间，免得手机一直再扫描，消耗电量。

扫描设备又有几种方式，不同安卓系统之间的函数又有不同，5.0以上（含）的系统和5.0以下的系统，用的是不同的扫描函数，但是本质上差的不是很多，这里只提供5.0以下的扫描函数，因为，即使是5.0以上的系统也还可以用5.0以下的函数进行扫描。

1.准备一个扫描回调

为什么要弄一个这种东西呢？这里涉及到了java里的一种回调机制，简单的说
比方说：有一天，我去面包店买面包，可是店员告诉我面包卖完了，我留了个电话给他，让他有面包的时候打电话通知我，我再过来买。这样做的好处是，我可以先去干别的事情而不用为了这点面包苦苦等待。
运用到蓝牙中就是，我开启了扫描，在扫描的这段时间里我可以先处理一些和蓝牙有关或无关的事情。不会让扫描这件事一直阻塞着我的进程。

private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =
            new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {

                @Override
                public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
                    //在这里可以处理扫描到设备的时候想要做的事情
                    //你可以发送一个扫描到设备的广播，或者发个消息，等等
                }
            };

2.扫描设备

扫描呢，就得注意一个东西，就是扫描时间，我们可以弄一个延时函数Handler类的postDelayed并用上Runnable就可以达到延时效果，开启扫描后延时一定的毫秒数停止扫描。
另外呢，扫描的时候可以指定相应的服务的uuid进行扫描，也可以不管三七二十一，只要是低功耗蓝牙设备都给扫了。只需要调用不同的startLeScan就可以。

public void scanLeDevice(UUID[] serviceUuids, long scanPeriod){
        // Stops scanning after a pre-defined scan period.
        if (isBLEEnabled()){
            mHandler.postDelayed(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    mScanning = false;
                    mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
                }
            }, scanPeriod);//scanPeriod是毫秒，也就是1秒 = 1000

            //mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);若调用这条函数，即可扫描全部ble设备
            mBluetoothAdapter.startLeScan(serviceUuids, mLeScanCallback);

            //这里我发送了个开始扫描的广播，可发可不发
            broadcastUpdate(BleBroadcastAction.ACTION_DEVICE_DISCOVERING);
        }
    }

3.停止扫描

停止扫描也比较简单

mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);

三、连接设备

准备一个BluetoothGattCallback——一个基于gatt服务的回调
有是一个回调，java中因为没有函数指针，所以回调通常会借助接口或者抽象类来完成。这个回调包含了几个功能：
1. 接收手机与ble设备连接状态改变的信号，对应函数onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
int newState)
2. 发现所连接的设备具有的服务。对应函数onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status)
3. 读取所连接服务对应的数据，对应函数onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic,
int status)
4. 得到数据改变的通知，并获取改变的结果，对应函数onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic)
注意：这里的涉及到一个蓝牙连接后的顺序问题，必须要先连接设备，才能发现设备相应的服务。发现服务后，必须要先连接服务，才能获取服务对应的数据，和发送给服务对应的数据。

private final BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() {
        @Override
        public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
            String intentAction;
            if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
                intentAction = BleBroadcastAction.ACTION_GATT_CONNECTED;
                mConnectionState = STATE_CONNECTED;
                broadcastUpdate(intentAction);
                Log.i(TAG, "Connected to GATT server.");
                // Attempts to discover services after successful connection.
                Log.i(TAG, "Attempting to start service discovery:" +
                        mBluetoothGatt.discoverServices());

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

        @Override
        public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                broadcastUpdate(BleBroadcastAction.ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);
                connectCharacteristic(mCharacteristicUuidArr);
            } else {
                Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);
            }
        }

        @Override
        public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
                                         BluetoothGattCharacteristic characteristic,
                                         int status) {
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                broadcastUpdate(characteristic.getUuid().toString(), characteristic);
            }
        }

        @Override
        public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
                                            BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
            broadcastUpdate(characteristic.getUuid().toString(), characteristic);
        }
    };

这上面是谷歌的代码，我只做了略微修改。总的来说，只要调用了哪个回调函数都可以发个广播或者消息，让其他activity或者service去处理。

2.连接
连接ble设备，第一次连接是比较简单的，调用

final BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);//address是mac字符串
mBluetoothGatt = device.connectGatt(mContext, false, mGattCallback);

即可开始连接。
但是这里又涉及到一个比较隐晦坑爹的点，就再次连接同一个设备的情况。我一开始在做这个部分的时候没有注意到连接同一个设备的情况。结果导致我待会断开连接之后，设备还是一直保持通信。原因是安卓手机无法识别他们是同一个设备，建立了新的连接，把设备当做新设备连接来处理。我后来断开的设备只是断掉了安卓认为的新设备。
这里呢，可以先判断是否连接过，如果连接过，可以调用connect();方法重新连接。

if (mBluetoothDeviceAddress != null && address.equals(mBluetoothDeviceAddress)
                && mBluetoothGatt != null) {
            Log.d(TAG, "Trying to use an existing mBluetoothGatt for connection.");
            if (mBluetoothGatt.connect()) {
                mConnectionState = STATE_CONNECTING;
                return true;
            } else {
                return false;
            }
        }

但是，这么做呢，经过试验是有些缺陷的，连接时间会大大拉长。可以采取nordic的做法。

if (mConnected)
            return;

        if (mBluetoothGatt != null) {
            Logger.d(mLogSession, "gatt.close()");
            mBluetoothGatt.close();
            mBluetoothGatt = null;
        }

        final boolean autoConnect = shouldAutoConnect();
        mUserDisconnected = !autoConnect; // We will receive Linkloss events only when the device is connected with autoConnect=true
        Logger.v(mLogSession, "Connecting...");
        Logger.d(mLogSession, "gatt = device.connectGatt(autoConnect = " + autoConnect + ")");
        mBluetoothGatt = device.connectGatt(mContext, autoConnect, getGattCallback());

这样做，可以加快连接速度。

3.获取服务

连接完成后，需调用BluetoothGatt的discoverServices()函数去查询当前连接的设备所具有的服务，当安卓设备发现所连接的设备具有服务时，会调用我们刚才重写的回调函数onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status)。我们便可调用mBluetoothGatt.getServices()去获取设备拥有的服务。并进行操作，获取他们的characteristic。

4.断开连接

有连接，则有断开连接。

public void disconnect() {
        if (mBluetoothAdapter == null || mBluetoothGatt == null) {
            Log.w(TAG, "BluetoothAdapter not initialized");
            return;
        }
        mConnectionState = STATE_DISCONNECTING;
        broadcastUpdate(BleBroadcastAction.ACTION_GATT_DISCONNECTING);
        mBluetoothGatt.disconnect();
    }

程序结束后呢，还得释放资源，怎么说呢像c++的delete或者c语言free那样吧。调用BluetoothGatt的close函数，关闭一波

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

四、数据收发

1.接收数据

收数据呢，安卓也是采取了回调的方式，一收到数据，就立马通知用户进行处理，这样做的好处呢，我们可以及时处理收到的数据，不会像stm32 串口处理数据一样，即有可能因为定时器来不及处理，数据就被覆盖。笔者写单片机的时候还是被坑了一波爹的。
当然，设备那么多个服务，我们也不是要全部接受数据，安卓也没有那么勤快，什么数据都自动帮我们接收，想要接受什么数据，我们得先通知他一声。

private BluetoothGatt mBluetoothGatt;
BluetoothGattCharacteristic characteristic;
boolean enabled;
...
mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enabled);
...

调用setCharacteristicNotification(characteristic,enabled)通知安卓我要接收那个服务的数据，要接收就true,不接收就false。
这里又涉及到了一个东西，就是characteristic。
characteristic可能更贴近服务的概念吧

Service是characteristic的集合，也就是说Service更像是一个组名，不直接提供数据交换，而Descriptor是用来描述characteristic的，比方说描述某个characteristic是否可读，是否可写。（这里有待考证，我还没有亲自试验过）。所以用户使用最多应该还是characteristic。基本上光使用characteristic就可以换成数据交互。
调用readCharacteristic可以读取数据，并进入onCharacteristicRead的回调中去，解析读到的数据。

2.发送数据

发数据呢，这是一个比较奇怪的方式，不像串口一样，怼着哪个通道就把数据给丢出去，方便快捷。按说是需要获取到你要写数据的characteristic，然后调用setValue函数，把你想要发的数据写进characteristic，然后再发出去。

private boolean writeCharacteristic(final BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
        final BluetoothGatt gatt = mBluetoothGatt;
        if (gatt == null || characteristic == null)
            return false;

        // Check characteristic property
        final int properties = characteristic.getProperties();
        if ((properties & (BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE | BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE_NO_RESPONSE)) == 0)
            return false;

        return gatt.writeCharacteristic(characteristic);
    }

    public boolean writeBle(byte[] data, UUID uuid) {
        BluetoothGattCharacteristic targetCharacteristic = null;
        for (BluetoothGattService bluetoothGattService : getSupportedGattServices()) {
            for (BluetoothGattCharacteristic bluetoothGattCharacteristic : bluetoothGattService.getCharacteristics()) {
                if (bluetoothGattCharacteristic.getUuid().toString().equals(uuid.toString())) {
                    targetCharacteristic = bluetoothGattCharacteristic;
                }
            }
        }
        if (targetCharacteristic == null){
            return false;
        }else {
            targetCharacteristic.setValue(data);
            return writeCharacteristic(targetCharacteristic);
        }
//        return writeCharacteristic()
    }

大体就先说这么多东西吧，笔者也只是了解点皮毛，欢迎讨论。
参考链接:https://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html
代码资源：
https://github.com/will4906/AndroidBleDemo

安卓低功耗蓝牙开发

一、蓝牙的初始化

二、扫描设备

三、连接设备

四、数据收发

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