Android BLE与终端通信(五)——Google API BLE4.0低功耗蓝牙文档解读之案例初探
算下来很久没有写BLE的博文了,上家的技术都快忘记了,所以赶紧读了一遍Google的API顺便写下这篇博客心得
其实大家要学习Android的技术,Google的API就是最详细的指导书了,而且通俗易懂,就算看不懂英语,翻译翻译再结合代码也能看个大概的,真的很赞哟,我们直接解读吧!
Google的API中前面就是一大片的概念,这其实在我之前的篇幅中都有说过的
一.概述
我们直接翻译
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Generic Attribute Profile(GATT)—GATT配置文件是一个通用规范,用于在BLE链路上发送和接收被称为“属性”的数据块。目前所有的BLE应用都基于GATT。 蓝牙SIG规定了许多低功耗设备的配置文件。配置文件是设备如何在特定的应用程序中工作的规格说明。注意一个设备可以实现多个配置文件。例如,一个设备可能包括心率监测仪和电量检测。
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Attribute Protocol(ATT)—GATT在ATT协议基础上建立,也被称为GATT/ATT。ATT对在BLE设备上运行进行了优化,为此,它使用了尽可能少的字节。每个属性通过一个唯一的的统一标识符(UUID)来标识,每个String类型UUID使用128 bit标准格式。属性通过ATT被格式化为characteristics和services。
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Characteristic 一个characteristic包括一个单一变量和0-n个用来描述characteristic变量的descriptor,characteristic可以被认为是一个类型,类似于类。
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Descriptor Descriptor用来描述characteristic变量的属性。例如,一个descriptor可以规定一个可读的描述,或者一个characteristic变量可接受的范围,或者一个characteristic变量特定的测量单位。
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Service service是characteristic的集合。例如,你可能有一个叫“Heart Rate Monitor(心率监测仪)”的service,它包括了很多characteristics,如“heart rate measurement(心率测量)”等。你可以在bluetooth.org 找到一个目前支持的基于GATT的配置文件和服务列表。
二.角色和责任
这里有两个概念
- 中央 VS 外围设备。 适用于BLE连接本身。中央设备扫描,寻找广播;外围设备发出广播。
- GATT 服务端 VS GATT 客户端。决定了两个设备在建立连接后如何互相交流。
为了方便理解,想象你有一个Android手机和一个用于活动跟踪BLE设备,手机支持中央角色,活动跟踪器支持外围(为了建立BLE连接你需要注意两件事,只支持外围设备的两方或者只支持中央设备的两方不能互相通信)。
当手机和运动追踪器建立连接后,他们开始向另一方传输GATT数据。哪一方作为服务器取决于他们传输数据的种类。例如,如果运动追踪器想向手机报告传感器数据,运动追踪器是服务端。如果运动追踪器更新来自手机的数据,手机会作为服务端。
在这份文档的例子中,android app(运行在android设备上)作为GATT客户端。app从gatt服务端获得数据,gatt服务端即支持Heart Rate Profile(心率配置)的BLE心率监测仪。但是你可以自己设计android app去扮演GATT服务端角色。也就是自定义
三.案例
好的,Google文档中,也举了一个例子说明,我们要使用BLE的时候,必须有要加上两个权限
<!--蓝牙权限--><uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/><uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
这其实你要使用蓝牙这个硬件都是要加上这个权限的,但是这里Google又声明了一点
如果n你想声明你的软件只为具有BLE的设备提供服务的话,你应该要在清单文件中加入
<!--只为BLE提供服务--> <uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true" />
如果改为false的话,那其他蓝牙也是可以使用的,我们创建一个工程——BLETest
和传统蓝牙一样,我们添加完权限之后就要去判断这个设备是否支持BLE
//判断是否支持BLE设备if(!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) { Toast.makeText(this, "此设备不支持BLE", Toast.LENGTH_SHORT).show(); finish(); }
这步操作也只是你设置为false的时候才是必须的,因为你如果你设置为true,那你只给BLE服务,那这个判断也就是多余的了,紧接着,我们还需要去判断蓝牙是否开启,如果没有开启,我们就去开启他,这次虽然也是用BluetoothAdapter 去获取,但是这里用了一个新的类BluetoothManager ,先初始化
//初始化蓝牙适配器BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
然后再去开启
//打开蓝牙if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) { Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE); startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT); }
这里的REQUEST_ENABLE_BT也就是一个回调的标志,无须理会
public static final int REQUEST_ENABLE_BT = 0;
写了这个之后,当我们蓝牙没有开启的时候就会去友好的提示用户开启了
我们现在准备工作都有了之后我们就可以直接去搜索设备了,BLE的api和普通蓝牙的API还是有一定的区别的,就是有回调了,使用起来挺方便的,但是搜索是很费电的,所以切记要小心使用,最好是找到设备之后就停止扫描或者设置扫描时间,不然你就苦逼了
//搜索设备 @TargetApi(Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR2) private void scanLeDevice(final boolean enable) { if (enable) { // 经过预定扫描期后停止扫描 mHandler.postDelayed(new Runnable() { @TargetApi(Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR2) @Override public void run() { mScanning = false; mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback); } }, SCAN_PERIOD); mScanning = true; mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback); } else { mScanning = false; mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback); } }
这样,当我们接收到搜索设备的回调时便可以直接添加在Adapter上,要注意,所演示的也是Google提供的Demo
//搜索设备的回调 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(); } }); } };
连接GATT服务端
这仅仅是第一步,我们要让BLE拥有强大的能力,就需要连接他的GATT服务端
/** * 1.上下文 * 2.自动连接 * 3.BluetoothGattCallback回调 */ mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);
连接到GATT服务端时,由BLE设备做主机,并返回一个BluetoothGatt实例,然后你可以使用这个实例来进行GATT客户端操作。请求方(软件)是GATT客户端。BluetoothGattCallback用于传递结果给用户,例如连接状态,以及任何进一步GATT客户端操作。
在这个例子中,这个BLE APP提供了一个activity(DeviceControlActivity)来连接,显示数据,显示该设备支持的GATT services和characteristics。根据用户的输入,这个activity与BluetoothLeService通信,通过Android BLE API实现与BLE设备交互。
package com.lgl.bletest;import android.bluetooth.BluetoothAdapter;import android.bluetooth.BluetoothClass;import android.bluetooth.BluetoothGatt;import android.bluetooth.BluetoothGattCallback;import android.bluetooth.BluetoothGattCharacteristic;import android.bluetooth.BluetoothManager;import android.bluetooth.BluetoothProfile;import android.util.Log;import java.util.UUID;/** * Created by LGL on 2016/5/13. */public class BluetoothLeService extends BluetoothClass.Service { private BluetoothManager mBluetoothManager; //蓝牙管理器 private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter; //蓝牙适配器 private String mBluetoothDeviceAddress; //蓝牙设备地址 private BluetoothGatt mBluetoothGatt; private int mConnectionState = STATE_DISCONNECTED; private static final int STATE_DISCONNECTED = 0; //设备无法连接 private static final int STATE_CONNECTING = 1; //设备正在连接状态 private static final int STATE_CONNECTED = 2; //设备连接完毕 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); //通过BLE API的不同类型的回调方法 private final BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() { @Override public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {//当连接状态发生改变 String intentAction; if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {//当蓝牙设备已经连接 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) {//当设备无法连接 intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED; mConnectionState = STATE_DISCONNECTED; Log.i(TAG, "Disconnected from GATT server."); broadcastUpdate(intentAction); } } @Override // 发现新服务端 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 // 读写特性 public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) { if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) { broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic); } } };}
当触发特定的回调时,它调用适当的broadcastUpdate()辅助方法,通过这一个动作。注意,本节中的数据解析执行按照蓝牙心率测量概要文件规范:
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);}
返回DeviceControlActivity, 这些事件由一个BroadcastReceiver来处理:
// 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)); } }};
读取BLE变量
你的android app完成与GATT服务端连接和发现services后,就可以读写支持的属性。例如,这段代码通过服务端的services和 characteristics迭代,并且将它们显示
在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>>(); // / 循环可用的Characteristics. 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
当设备上的特性改变时会通知BLE应用程序。这段代码显示了如何使用setCharacteristicNotification( )给一个特性设置通知。
//GATT服务端private BluetoothGatt mBluetoothGatt;BluetoothGattCharacteristic characteristic;//是否打开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);
如果对一个特性启用通知,当远程蓝牙设备特性发送变化,回调函数onCharacteristicChanged( ))被触发。
@Override// 广播更新public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) { broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);}
关闭客户端App
当你的app完成BLE设备的使用后,应该调用close( ),系统可以合理释放占用资源。
public void close() { if (mBluetoothGatt == null) { return; } mBluetoothGatt.close(); mBluetoothGatt = null;}
代码可能有点乱,这里提供一个Google的Demo功大家测试