[置顶] Android 低功耗蓝牙开发
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Android 低功耗蓝牙开发
原文: https://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html
官方示例Demo:http://download.csdn.net/detail/kjunchen/9363233
在Android4.3(API等级18)平台上开始支持低功耗蓝牙中央设备角色,而且提供可供应用去发现服务、查询服务和读写特性的相关API接口。与传统蓝牙相比,低功耗蓝牙的设计对电量消耗更低,这允许Android应用与其他的低功耗设备通信时对电量的需求更低,如距离传感器、心率监视器和医疗健康设备等等。
一、关键术语和概念
这是一些关于低功耗蓝牙的关键术语及概念的概述:
通用属性配置 (GATT):GATT协议是关于发送和接收短数据块的通用规格,在低功耗链路中被称为属性。当前所有的低功耗蓝牙应用协议都是以GATT为基础的。
- 蓝牙联盟为低功耗设备定义了很多配置。在一个指定的应用中一种配置说明一个设备如何工作。一个设备可以实现多种配置。如一个设备可以包含一个心率监视器和一个电池电量检测器。
属性协议(ATT): GATT构建于ATT上面的。每一个属性都是由通用唯一识别码(UUID)唯一确定。这是一个标准的128位的格式化字符串ID用来唯一标识信息。属性通过ATT传输格式化为特征和服务。
特征(Characteristic):一个特征包含一个单一的值和0-n个描述符,描述符用于描述特征的值。一个特征可以被认为是一种类型,类似于一个类。
描述符(Descriptor):描述符被定义成属性用于描述特征的值。例如,一个描述符可以指定一个人类可读的类型,一个特征值可接受的范围,或者特征值的确定的测量单位。
服务(Service): 服务是特征的集合。例如,你可以有一个服务叫“心率监视器”,包含的特征叫“心率测量”。你可以在bluetooth.org中找到已存在的GATT基础配置和服务列表。
二、角色和职责
这是Android设备与低功耗蓝牙设备交互时应用的角色与职责:
中央与周边: 作为中央角色的设备可进行扫描、搜索广播。作为周边角色的设备可发送广播。
GATT服务器与GATT客户端: 这个决定了两个设备一旦建立连接后如何通信。
为了理解他们的区别,假设你有一部Android手机和一个活动跟踪器的低功耗蓝牙设备。手机支持中央角色,活动跟踪器支持周边角色(为了建立稳定的低功耗蓝牙连接,若两个设备仅支持周边或中央角色是不能进行通信的)。
一旦手机和活动跟踪器建立了连接,他们开始相互传输GATT元数据。根据他们传输的数据,其中一个设备可能作为服务器。例如,如果活动跟踪器想要发送传感器数据到手机,他可能把活动跟踪器作为服务器,如果活动跟踪器想要从手机接收更新数据,他可能认为手机作为服务器。
在本文档的例子中,Android app作为GATT客户端。app从GATT服务器中获取数据,心率监视器支持心率配置。但是你也可以将Android app设计成担任GATT服务器的角色。更多信息查看BluetoothGattServer类。
三、声明BLE权限
为了在你的应用中使用蓝牙功能,你必须声明蓝牙权限“android.permission.BLUETOOTH”。你需要使用这个权限如执行所有的蓝牙通信,如请求连接,接受连接和传输数据。
如果想要你的应用去初始化设备发现或者操纵蓝牙设置,你还必须声明“android.permission.BLUETOOTH_ADMIN”权限。
在应用的AndroidManifest.xml文件中声明蓝牙权限。如:
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/> <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
如果想要声明你的应用仅对低功耗蓝牙是有效的,在app的manifest中还应包含下面这句:
<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true" />
当然,如果想要使你的应用对可获得设备不支持低功耗蓝牙,你仍然应该包含这个元素,但要设置required=”false”。然后你可以在运行的时候通过使用PackageManager.hasSystemFeature()检查决定是否BLE有效。
// 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();}
四、设置BLE
应用在可以通过BLE通信之前,你需要验证在设备上BLE是否支持,如果支持,确保他已经打开。
如果不支持BLE,你应该关闭所有的BLE功能。如果支持BLE,但没有使能,你可以不关闭应用并请求用户使能蓝牙。这个设置有两步,使用BluetoothAdapter。
1、 获得BluetoothAdapter
BluetoothAdapter对所有的蓝牙活动是必须的。BluetoothAdapter代表设备自身蓝牙适配器(蓝牙无线设备)。整个系统只有一个蓝牙适配器,你的应用可以使用这个对象进行交互。下面的片段展示了如何获得适配器。注意这个方法使用getSystemService()去返回一个BluetoothManager实例,然后使用他去获得BluetoothAdapter。Android 4.3(API等级18)才支持BluetoothManager。
// Initializes Bluetooth adapter.final BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
2、使能蓝牙
接下来,你需要确保蓝牙已经打开。调用isEnabled()去检查蓝牙当前是否使能。如果该方法返回false,说明蓝牙未使能。下面这段代码检查蓝牙是否使能。如果没有使能,这段代码会显示一个错误提示用户去设置启用蓝牙:
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);}
五、扫描BLE设备
为了搜索BLE设备,使用startLeScan()方法。这个方法携带一个BluetoothAdapter.LeScanCallback作为一个参数。你必须实现这个接口,因为这里会返回扫描的结果。因为扫描是耗电的,你应该遵守以下原则:
- 只要发现期望的设备,立即停止扫描。
- 永远不要循环扫描,而是设置扫描时间限制。以前可用的设备可能已经移出范围,继续扫描只会耗尽电量。
下面代码展示如何开始和停止扫描:
/** * 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); } ... }...}
如果你想要扫描指定类型的周边设备,你可以调用startLeScan(UUID[], BluetoothAdapter.LeScanCallback),提供一个UUID对象数组,指定你的应用支持的GATT服务。
这里实现BluetoothAdapter.LeScanCallback,这个接口用于发送BLE的扫描结果:
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:你只可以扫描低功耗蓝牙设备或者传统蓝牙设备,不能在同一时间既扫描低功耗设备有扫描传统蓝牙设备。
六、连接到一个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GATT服务器设备。连接到一个BLE设备GATT服务器,使用connectGatt()方法。这个方法需要三个参数:一个Context对象,autoConnect(布尔值表明当BLE设备可用时是否自动连接),和一个BluetoothGattCallback引用:
mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);
通过BLE设备连接到GATT服务器时,会返回一个BluetoothGatt实例,你可以使用它控制GATT客户端操作。Android app是GATT客户端。BluetoothGattCallback用于发送结果到客户端,如连接状态,以及GATT客户端的进一步操作。
在这个例子中,BLE app提供一个Activity(DeviceControlActivity)去连接,显示数据,显示设备支持的GATT服务和特征。基于用户的输入,这个Activity调用BluetoothLeService与Service通信,BluetoothLeService中包含了BLE设备与Android BLE交互的接口:
// 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); } } ... };...}
当一个回调被触发,调用适当的辅助方法broadcastUpdate(),传入一个action。注意这部分的数据解析是依据蓝牙心率测量配置规格进行的。
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);}
在DeviceControlActivity返回,使用BroadcastReceiver进行处理:
// 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)); } }};
七、读取BLE属性
一旦你的Android应用连接到GATT服务器并且发现服务,就可以对支持的服务进行属性的读取和写入。例如,这段代码遍历了服务器的服务和特征并显示在UI中:
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); } ... }...}
八、接收GATT通知
对于BLE应用它是通用的,当设备指定的特征改变时请求通知。下面这段代码展示了如何为一个特征设置通知,使用setCharacteristicNotification()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);
当一个特征的通知被打开,如果远程设备的特征改变时onCharacteristicChanged()回调方法就会被触发。
@Override// Characteristic notificationpublic void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) { broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);}
九、关闭GATT客户端
一旦你的应用结束使用BLE设备,应该调用close()方法,让系统可以适当的释放资源。
public void close() { if (mBluetoothGatt == null) { return; } mBluetoothGatt.close(); mBluetoothGatt = null; }
小结
小结纯属个人自由发挥(非官方),另外,由于个人英语水平极其有限,翻译难免有误,读者若发现问题请看后面的联系方式,然后反馈给我进行修改,不胜感谢,希望可以帮助到更多的Android低功耗蓝牙开发者。
Android低功耗蓝牙开发基本步骤:
1、声明蓝牙权限
2、设置BLE
3、扫描BLE
4、连接到GATT服务器(即低功耗蓝牙设备)
5、读写BLE属性(即收发数据)
6、接收GATT通知
7、关闭GATT客户端
一般Android手机作为中央角色,BLE设备作为周边角色。
Android低功耗开发要求版本在4.3或以上(API等级18),蓝牙版本则要求4.0或更高。
开发应当使用真机测试,Android模拟器不支持蓝牙。
当我们连接上BLE设备时,会得到一个BluetoothGatt,其可包含多个Service,然一个Service中又可包含多个Characteristic,而一个Characteristic中会包含一个值(数据),我们使用BLE进行通信时,主要就是对Characteristic进行操作,利用它接收和发送数据。
Android BLE客户端与BLE周边设备进行通信时,必须知道Service和Characteristic的UUID,数据格式,双方要协商一致。否则无法对数据进行准确解析。
如有问题欢迎加群讨论:365532949
也可发邮件:junkchen@vip.qq.com
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