Bluetooth Low Energy(低功耗蓝牙)-For蓝牙4.x

时间：2014-12-29 21:37:30 阅读：542 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

此文翻译至Android API里的Bluetooth Low Energy，希望对大家有所帮助。谢谢。

Android4.3(API版本18)介绍了内置平台支持BLE的中心角色，并且提供了相关API，高大尚的程序员们可以使用这些API来扫描设备、查询服务（指服务端进程）、读写特性值（指特定的字符）。与经典蓝牙不同的是，BLE的设计是为了提供显著的低功耗支持。这使得Android应用可以仅需很低的功耗与BLE设备进行通信，心跳频率（不是人的心跳，是指发送心跳包检测设备是否还在），监听适配设备等等。

一、关键术语和概念
这里是关于BLE关键术语和概念的一个总结：
通用属性描述[Generic Attribute Profile](GATT)-GATT是为通过BLE链接发送和接收的短数据（属性值）而做的一个规范描述。现在所有的BLE应用描述都是基于GATT的。
蓝牙SIG（貌似一个组织）为低功耗设备定义了很多描述。一个描述（Profile）是一个设备如何在特定应用中的工作规范。注意一个设备可以实现不止一个（多个）描述。举个例子，一个设备可以包含一个心跳监听的描述和一个电池电量的描述。
属性协议[Attribute Protocol](ATT)-GATT是建立在ATT之上的。它们一起指的是GATT/ATT(类似于TCP/IP的概念)。ATT对在BLE设备上的运行进行优化。为此，它使用尽可能少的字节。每个属性都是由一个全局唯一标识符唯一地标识（UUID），这是一个字符串ID，一个标准的128位格式，用于唯一标识信息。这里的attributes(属性)的传输被ATT格式化为characteristics和services。
特征[Characteristic]-一个characteristic包含一个唯一的值和0到n个描述数来描述characteristic的值。一个characteristic可以被看作一个数据类型，或者一个类。
描述符[Descriptor]-Descriptor被定义为一些属性用来描述一个characteristic的值。例如，一个描述符可能特指为一个只有人才可以读的描述，characteristic的值的一个可接受的范围。或者是characteristic的一个测量单元。
服务[Service]-一个服务是一个characteristic的一个集合。例如，你可以有一个服务叫“心率监测”，包括“心率测量的特点。你可以在bluetooth.org找到一个现有的基于profiles和services的GATT的列表。
二、角色和职责
这里是当一个Anroid设备和一个BLE设备进行交互时的角色和职责：
中心与边缘[Central vs. Peripheral]。这应用在BLE连接它自己。中心角色的设备可以扫描、寻找adertisement,边缘角色是产生adertisement的。
GATT服务端和GATT客户端。这决定两个设备一旦键立连接应该怎么通话。
要明白这两者的区别，例如你有一个Android手机和一个活动的BLE跟踪设备。手机是中心角色；BLE是边缘角色（要建立一个BLE通道，你不能只有中心角色也不能只有边缘角色）。
一旦手机和BLE建立了一个通道，它们就可能向对方传输GATT元数据了。根据它们所传输的数据类型，一个或另一个会作为server。例如，如果一个跟踪BLE设备要向手机传送传感器的数据，那么跟踪BLE设备就要担当为server。如果跟踪BLE设备要接收手机发来的更新数据，那边手机将作为server。
在本文档中使用的示例，Android的应用程序（在Android设备上运行）是GATT的客户端。程序从GATT服务器获取数据，它是一个支持心率检测的心率描述（Heart Rate Profile）。但你也可以设计你的Android应用程序来发挥GATT的服务器角色。更多信息参见BluetoothGattServer。
三、程序实例
1、BLE权限
为了使你的应用可以实现蓝牙，你必需定义蓝牙权限：BLUETOOTH。你可以使用此权限执行任何蓝牙通信，比如，请求一个连接，接受一个连接，或者传输数据。
如果你想让你的App可以扫描蓝牙设备或者是其它蓝牙设置，那么你必需声明BLUETOOTH_ADMIN权限。注意：如果你声明了BLUETOOTH_ADMIN权限，那么你必须声明BLUETOOTH权限。
声明权限：
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
如果你想让你的APP只在BLE设备才有效的话，你还需在AndroidManifest.xml里加入此句：
<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>
然而，如果你想让你的APP不支持BLE那边你也需加入：<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="false"/>然后你可以在程序运行时检测是否支持BLE：
// Use this check to determine whether BLE is supported on 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();
}
2、设置BLE
在你的程序可以能过BLE通道通信之前，你需要先验证是否支持BLE，还有是否可开。注意，检测只在<uses-feature.../>设置为false时需要。
如果BLE不支持，很遗憾你不能使用BLE的特性。如果支持BLE但是没有打开，那么你需要请求用户打开。这个可以通过两个步骤完成，使用BluetoothAdapter。
1)获得BluetoothAdapter
BluetoothAdapter可以为所有Bluetooth activity所申请。BluetoothAdapter代表一个设备（本机设备）。对于整个系统只有一个BluetoothAdapter,你的应用程序可以使用它进行交互。下面是如何申请一个BluetoothAdapter。参见Android4.3(API Level 18)关于BluetoothManager的详细介绍：
// Initializes Bluetooth adapter.
final BluetoothManager bluetoothManager =
(BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

2)打开蓝牙
下一步你需要检测你的蓝牙是否打开。用isEnabled进行检测。如果false则是关闭，相反已经打开。代码如下：
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 = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}
3、查找BLE设备
为了查找BLE设备，你可以使用startLeScan()方法。这个方法需要一个BluetoothAdapter.LeScanCallback作为参数。你必需实现callback,这是为了接收查找到的蓝牙设备的回调函数。因为查找很耗电，所以你必须遵循下面的规则：
a、一找到你需要的设备就要停止
b、不要在一个循环里进行扫描，要设一个扫描时间限制。如果一个设备移动超过范围，就要根据电量许可继续扫描。
下面是开始和关闭扫描的步骤：
/**
* 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);
}
...
}
...
}
如果你只想扫描特定的设备，你可以用startLeScan(UUID[],BluetoothAdapter.LeScanCallback)方法代替前面的方法，需要提供一个UUID对角数据给GATT服务端。
下面是BluetoothAdapter.LeScanCallback的实现代码：
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：你只能扫描BLE设备或者传统蓝牙设备，但是不能同时扫描两种设备。
4、连接GATT服务器
与BLE设备交互的第一步是与它建立连接，其实就是连接上GATT服务器。为了连接BLE设备上的GATT服务端，你可以使用connectGatt()方法。这个方法需要3个参数：一个Context对象，autoConnect(boolean)(此参数是为了可以立即与可用BLE设备连接),还有一个BluetoothGattCallback:
mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);
这个连接GATT服务器会返回一个BluetoothGatt对象实例，接下来你可以用此实例进行GATT客户端操作。BluetoothGattCallback是为了向客户端传输结果用的，有连接状态或其它高级的数据。
在本例子中，BLE App提供一个activity(DeviceControlActivity)来连接，显示灵气，显示GATT服务和characteristics。基于用户输入，这个activity与一个Service进行交互，这个Service是BluetoothService,它用来能过Android BLE API与BLE设备进行交互：
// 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);

// Various callback methods defined by the BLE API.
private final BluetoothGattCallback mGattCallback =
new BluetoothGattCallback() {
@Override
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
// New services discovered
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
// Result of a characteristic read operation
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic,
int status) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);
}
}
...
};
...
}
当一个特定的callback被触发里，它会调用合适的broadcastUpdate()来发出一个广播。注意在本文出现的这些数据是参考Bluetooth Heart Rate的度量profile specifications:
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);
}
回到DeviceControlActivity,这个事件是被一个BroadcastReceiver来处理的：
// Handles various events fired by the Service.
// ACTION_GATT_CONNECTED: connected to a GATT server.
// ACTION_GATT_DISCONNECTED: disconnected from a GATT server.
// ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED: discovered GATT services.
// ACTION_DATA_AVAILABLE: received data from the device. This can be a
// result of read or notification operations.
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));
}
}
};
5、读BLE的Attributes
一旦你的Android App连接上一个GATT服务器并且发现services，它就可以读写attributes了，只要是支持的数据。例如，你可以读取这些数据或属性显示到UI上：
public class DeviceControlActivity extends Activity {
...
// Demonstrates how to iterate through the supported GATT
// Services/Characteristics.
// In this sample, we populate the data structure that is bound to the
// ExpandableListView on the UI.
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);
}
...
}
...
}
6、接收GATT通知
这是很常见的，BLE apps可以询问是否可以被通知当设备上的一个特定的characteristic发生改变时。下面是如何实现接收此通知，使用setCharateristicNotification()方法：
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);
只要notifications是可用的，一个onCharacteristicChangetd()将被回调来触发改变远程设备：
@Override
// Characteristic notification
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);
}
7、最后请关闭客户端App
只要你的App使用完毕BLE设备，你应该调用close来关闭它们，让系统释放资源：
public void close() {
if (mBluetoothGatt == null) {
return;
}
mBluetoothGatt.close();
mBluetoothGatt = null;
}

标签：ble 蓝牙4.0 低功耗蓝牙 android

原文地址：http://blog.csdn.net/zhaicaixiansheng/article/details/42242369

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