BLE簡介和Android BLE編程

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一．BLE和BT區別

其實我知道許多程式員不太喜歡閱讀除了代碼以外的文檔，因為有時這些過於冗長的文檔對編程並沒有更多的好處，有了協議，介面，demo差不多很多人就能寫出很好品質的代碼了。但其實更深入的編程是少了閱讀的，閱讀文檔可以解決很多編程中遇到的困難，比如在大資料大流量情況下，很多正常的程式會表現出不可靠的一面，這已經不是夠編程能解決的了，硬體的配置，伺服器頻寬，使用的資料庫，調用的介面都有可能是瓶頸。比如BLE，同樣的藍芽，但卻有著本質區別，一個表現就是不是所有藍牙裝置都支援BLE，編程如果不考慮這個問題，程式出錯就會迷茫。再比如串連到BLE或者藍芽上的裝置是有數量限制的，如果不知道這個限制，在串連不上時，也會六神無主。

BLE在智家置中和行動裝置中的應用方興未艾，做深入的研究推廣到更多的應用上，還是有意義的。

1藍芽的曆史：藍芽的創始公司是愛立信。1994年愛立信開始對小範圍無線通訊技術進行研發，在1997年，愛立信的研究激發了其他公司的濃厚興趣，於是1998年2月，一些跨國大公司包括諾基亞、蘋果、三星組成的一個特殊興趣小組（SIG），他們共同的目標是建立一個全球性的小範圍無線通訊技術，該項技術就是藍芽。

 

２.BLE 是Bluetooth Low Energy的縮寫，又叫藍芽4.0，區別於藍芽3.0和之前的技術。BLE前身是NOKIA開發的Wibree技術，主要用於實現移動智能終端與周邊配件之間的持續串連，是功耗極低的短距離無線通訊技術，並且有效傳輸距離被提升到了100米以上，同時只需要一顆紐扣電池就可以工作數年之久。

3. BLE是在藍芽技術的基礎上發展起來的，既同於藍芽，又區別於傳統藍芽。BLE裝置分單模和雙模兩種，雙模簡稱BR，商標為Bluetooth Smart Ready，單模簡稱BLE或者LE,商標為Bluetooth Smart。Android是在4.3後才支援BLE，這可以解釋不是所有藍芽手機都支援BLE，而且支援BLE的藍芽手機一般是雙模的。

4.雙模相容傳統藍芽，可以和傳統藍芽通訊，也可以和BLE通訊，常用在手機上，android4.3和IOS4.0之後版本都支援BR，也就是雙模裝置。單模只能和BR和單模的裝置通訊，不能和傳統藍芽通訊，由於功耗低，待機長，所以常用在手環的智慧型裝置上。這可以解釋手機上的BLE與手環等裝置上的BLE的區別。

5不是所有手機都支援BLE，因為BLE不僅僅依靠軟體實現，同時需要硬體支援，於是有很多手機不能聯結智能手環等裝置。Android4.3手機上安裝的是雙模BR，因此相容藍芽3.0之前的技術，既能與BLE裝置通訊，也能與傳統藍芽通訊，比較耗電，能夠像傳統裝置一樣高速傳輸。大部分智能手環使用的單工BLE，不支援傳統藍芽，不能與之連接和通訊，低功耗低速率裝置。

二．BLE（低功耗藍芽）的用途

應用特點：小包傳輸，手機擴充，低功耗

☆ 2.4G 藍芽低功耗系統

☆ 消費類電子產品

☆ 秱勱電話外圍擴充裝置

☆ 運勱和休閑裝置

☆ 健康醫學用品 (血壓計，體溫計 …)

☆ 汽車電子裝置

☆ 人機介面裝置 (鍵盤，滑鼠，遙控器 …)

☆ USB Dongle

 

三藍芽的工作原理

1 藍芽通訊的主從關係

藍芽技術規定每一對裝置之間進行藍芽通訊時，必須一個為主角色，另一為從角色，才能進行通訊，通訊時，必須由主端進行尋找，發起配對，建鏈成功後，雙方即可收發資料。理論上，一個藍芽主端裝置，可同時與7個藍芽從端裝置進行通訊。一個具備藍芽通訊功能的裝置，可以在兩個角色間切換，平時工作在從模式，等待其它主裝置來串連，需要時，轉換為主模式，向其它裝置發起呼叫。一個藍牙裝置以主模式發起呼叫時，需要知道對方的藍芽地址，配對密碼等資訊，配對完成後，可直接發起呼叫。這可以解釋為什麼有時無法串連藍芽，有可能是串連的藍牙裝置過多。

2藍芽的呼叫過程

藍芽主端裝置發起呼叫，首先是尋找，找出周圍處於可被尋找的藍牙裝置。主端裝置找到從端藍牙裝置後，與從端藍牙裝置進行配對，此時需要輸入從端裝置的數字 PIN 碼，也有裝置不需要輸入數字 PIN 碼。配對完成後，從端藍牙裝置會記錄主端裝置的信任資訊，此時主端即可向從端裝置發起呼叫，已配對的裝置在下次呼叫時，不再需要重新配對。已配對的裝置，做為從端的藍芽耳機也可以發起建鏈請求，但做資料通訊的藍芽模組一般不發起呼叫。鏈路建立成功後，主從兩端之間即可進行雙向的資料或語音通訊。在通訊狀態下，主端和從端裝置都可以發起斷鏈，斷開藍芽鏈路。

3 藍芽一對一的串口資料轉送應用

藍芽資料轉送應用中，一對一串口資料通訊是最常見的應用之一，藍牙裝置在出廠前即提前設好兩個藍牙裝置之間的配對資訊，主端預存有從端裝置的數字 PIN 碼、地址等，兩端裝置加電即自動建鏈，透明串口傳輸，無需外圍電路幹預。一對一應用中從端裝置可以設為兩種類型，一是靜默狀態，即只能與指定的主端通訊，不被別的藍牙裝置尋找；二是開發狀態，既可被指定主端尋找，也可以被別的藍牙裝置尋找建鏈。

 

四．Android與BLE

1.關鍵概念：

Generic Attribute Profile (GATT)

通過BLE串連，讀寫屬性類小資料的Profile通用規範。現在所有的BLE應用Profile都是基於GATT的。

 

Attribute Protocol (ATT)

GATT是基於ATTProtocol的。ATT針對BLE裝置做了專門的最佳化，具體就是在傳輸過程中使用盡量少的資料。每個屬性都有一個唯一的UUID，屬性將以characteristics and services的形式傳輸。

 

Characteristic

Characteristic可以理解為一個資料類型，它包括一個value和0至多個對次value的描述（Descriptor）。

 

Descriptor

對Characteristic的描述，例如範圍、計量單位等。

 

Service

Characteristic的集合。例如一個service叫做“Heart Rate Monitor”，它可能包含多個Characteristics，其中可能包含一個叫做“heart ratemeasurement"的Characteristic。一個手環可能

 

2.角色和職責：

Android裝置與BLE裝置互動有兩組角色：

 

中心裝置和外圍裝置（Central vs. peripheral）；

GATT server vs. GATT client.

 

Central vs. peripheral:

中心裝置和外圍裝置的概念針對的是BLE串連本身。Central角色負責scan advertisement。而peripheral角色負責make advertisement。

 

GATT server vs. GATT client:

這兩種角色取決於BLE串連成功後，兩個裝置間通訊的方式。

 

舉例說明：

現 有一個活動追蹤的BLE裝置和一個支援BLE的Android裝置。Android裝置支援Central角色，而BLE裝置支援peripheral角色。建立一個BLE串連需要這兩個角色都存在，都僅支援Central角色或者都僅支援peripheral角色則無法建立串連。

 

當 串連建立後，它們之間就需要傳輸GATT資料。誰做server，誰做client，則取決於具體資料轉送的情況。例如，如果活動追蹤的BLE裝置需要向 Android裝置傳輸sensor資料，則活動追蹤器自然成為了server端；而如果活動追蹤器需要從Android裝置擷取更新資訊，則 Android裝置作為server端可能更合適。

 

 

3許可權及feature：

和經典藍芽一樣，應用使用藍芽，需要聲明BLUETOOTH許可權，如果需要掃描裝置或者操作藍芽設定，則還需要BLUETOOTH_ADMIN許可權：

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

 

除了藍芽許可權外，如果需要BLE feature則還需要聲明uses-feature：

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

 

按時required為true時，則應用只能在支援BLE的Android裝置上安裝運行；required為false時，Android裝置均可正常安裝運行，需要在代碼運行時判斷裝置是否支援BLE feature：

 

// Use this check to determine whether BLE is supportedon the device. Then
// you can selectively disable BLE-related features.
if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)){
    Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported,Toast.LENGTH_SHORT).show();
    finish();
}

4、啟動藍芽：

在使用藍芽BLE之前，需要確認Android裝置是否支援BLE feature(required為false時)，另外要需要確認藍芽是否開啟。 

如果發現不支援BLE，則不能使用BLE相關的功能。如果支援BLE，但是藍芽沒開啟，則需要開啟藍芽。

 

開啟藍芽的步驟：

 

1、擷取BluetoothAdapter

 

BluetoothAdapter是Android系統中所有藍芽操作都需要的，它對應本地Android裝置的藍芽模組，在整個系統中BluetoothAdapter是單例的。當你擷取到它的樣本之後，就能進行相關的藍芽操作了。

 

擷取BluetoothAdapter程式碼範例如下：

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

 

註：這裡通過getSystemService擷取BluetoothManager，再通過BluetoothManager擷取BluetoothAdapter。BluetoothManager在Android4.3以上支援(API level 18)。

 

2、判斷是否支援藍芽，並開啟藍芽

 

擷取到BluetoothAdapter之後，還需要判斷是否支援藍芽，以及藍芽是否開啟。

如果沒開啟，需要讓使用者開啟藍芽：

private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
...
// Ensures Bluetooth is available on the device and it is enabled. If not,
// displays a dialog requesting user permission to enable Bluetooth.
if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
    Intent enableBtIntent = newIntent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}

 

 

5、搜尋BLE裝置：

通過調用BluetoothAdapter的startLeScan()搜尋BLE裝置。調用此方法時需要傳入 BluetoothAdapter.LeScanCallback參數。

因此你需要實現 BluetoothAdapter.LeScanCallback介面，BLE裝置的搜尋結果將通過這個callback返回。

 

由於搜尋需要盡量減少功耗，因此在實際使用時需要注意：

 

1、當找到對應的裝置後，立即停止掃描；

2、不要迴圈搜尋裝置，為每次搜尋設定適合的時間限制。避免裝置不在可用範圍的時候持續不停掃描，消耗電量。

搜尋的範例程式碼如下：

/** * 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);        }            }}

如果你只需要搜尋指定UUID的外設，你可以調用 startLeScan(UUID[], BluetoothAdapter.LeScanCallback)方法。

其中UUID數組指定你的應用程式所支援的GATT Services的UUID。

 

 

BluetoothAdapter.LeScanCallback的實現樣本如下：

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：搜尋時，你只能搜尋傳統藍牙裝置或者BLE裝置，兩者完全獨立，不可同時被搜尋。

 

 

6、串連GATTServer：

兩個裝置通過BLE通訊，首先需要建立GATT串連。這裡我們講的是Android裝置作為client端，串連GATT Server。

串連GATT Server，你需要調用BluetoothDevice的connectGatt()方法。此函數帶三個參數：Context、autoConnect(boolean)和BluetoothGattCallback對象。調用樣本：

 

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

 

函數成功，返回BluetoothGatt對象，它是GATT profile的封裝。通過這個對象，我們就能進行GATT Client端的相關操作。BluetoothGattCallback用於傳遞一些串連狀態及結果。

 

BluetoothGatt常規用到的幾個操作樣本:

 

connect() ：串連遠程裝置。

discoverServices() : 搜尋串連裝置所支援的service。

disconnect()：斷開與遠程裝置的GATT串連。

close()：關閉GATTClient端。

readCharacteristic(characteristic) ：讀取指定的characteristic。

setCharacteristicNotification(characteristic, enabled)：設定當指定characteristic值變化時，發出通知。

getServices() ：擷取遠程裝置所支援的services。

 

等等。

 

註：

1、某些函數調用之間存在先後關係。例如首先需要connect上才能discoverServices。

2、 一些函數調用是非同步，需要得到的值不會立即返回，而會在BluetoothGattCallback的回呼函數中返回。例如 discoverServices與onServicesDiscovered回調，readCharacteristic與 onCharacteristicRead回調，setCharacteristicNotification與onCharacteristicChanged回調等。

 

 

 

 

 

http://www.blogjava.net/zh-weir/archive/2013/12/09/407373.html

http://blog.csdn.net/mov2012/article/details/16368441

百度文檔：

BLE入門教程.pdf

BLE_和經典藍芽Android編程說明.pdf

BLE簡介和Android BLE編程