Android BLE蓝牙详细解读
随着物联网时代的到来，越来越多的智能硬件设备开始流行起来，比如智能手环、心率检测仪、以及各式各样的智能家具和玩具类产品。安卓4.3(API 18)为BLE的核心功能提供平台支持和API，App可以利用它来发现设备、查询服务和读写特性。相比传统的蓝牙，BLE更显著的特点是低功耗。本文主要讲解Android低功耗蓝牙的api使用以及蓝牙扫描、连接、发送数据、接收数据等一系列操作，并主要介绍本人封装的BleLib蓝牙库，非常适合蓝牙初学者使用，只需要一行代码注入就OK了，而且用法也极其简单，下面会专门讲解BleLib库的使用。
目录
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原生API的详细讲解
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BleLib库的优点
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如何使用该库
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BleLib库的详细分析
废话不说，先来看下Demo中的效果图：
一、原生API的详细讲解
在BLE协议中，有两个角色，周边（Periphery）和中央（Central）；周边是数据提供者，中央是数据使用/处理者，一个中央可以同时连接多个周边，但是一个周边某一时刻只能连接一个中央。
首先使用蓝牙就不得不说BluetoothGatt和BluetoothGattCallback这两个类，该类继承自BluetoothProfile，BluetoothGatt作为中央来使用和处理数据，通过BluetoothGatt可以连接设备（connect）,发现服务（discoverServices），并把相应地属性返回到BluetoothGattCallback，BluetoothGattCallback返回中央的状态和周边提供的数据。
1. 蓝牙开发流程：
我们蓝牙操作的主要目的就是为了拿到中央BluetoothGatt这个对象，进而进行接下来的所有一系列操作，如下：
1.先拿到BluetoothManager bluetoothManager
= (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
2.再拿到BluetoothAdapt btAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
3.开始扫描：btAdapter.startLeScan( BluetoothAdapter.LeScanCallback);
4.从LeScanCallback中得到BluetoothDevice
public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {…..}
5.用BluetoothDevice得到BluetoothGatt：gatt = device.connectGatt(this, true, gattCallback);
这时总算拿到中央BluetoothGatt了，它有很多的方法，调用这些方法，你就可以通过BluetoothGattCallback和周边BluetoothGattServer交互了。
2. 主要类的大致理解：
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BluetoothProfile： 一个通用的规范，按照这个规范来收发数据。
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BluetoothManager：通过BluetoothManager来获取BluetoothAdapter
如：BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE); -
BluetoothAdapter：一个Android系统只有一个BluetoothAdapter ，通过BluetoothManager 获取
BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter(); -
BluetoothGattDescriptor：可以看成是描述符，对Characteristic的描述，包括范围、计量单位等。
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BluetoothGattService：服务，Characteristic的集合。
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BluetoothGattCallback：已经连接上设备，对设备的某些操作后返回的结果。这里必须提醒下，已经连接上设备后的才可以返回，没有返回的认真看看有没有连接上设备。
private BluetoothGattCallback GattCallback = new BluetoothGattCallback() { // 这里有9个要实现的方法，看情况要实现那些，用到那些就实现那些 public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState){}; public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status){ }; }; BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address); BluetoothGatt gatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);
3. 上面所说的9个要实现的方法，所对应蓝牙交互的主要对应关系：
(1) notification对应onCharacteristicChanged;
gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);
该方法一般是在发现服务后，进行设置的，设置该方法的目的是让硬件在数据改变的时候，发送数据给app，app则通过onCharacteristicChanged方法回调给用户，从参数中可获取到回调回来的数据。
(2) readCharacteristic对应onCharacteristicRead;
gatt.readCharacteristic(characteristic);
(3) writeCharacteristic对应onCharacteristicWrite;
gatt.wirteCharacteristic(mCurrentcharacteristic);
(4) 连接蓝牙或者断开蓝牙 对应 onConnectionStateChange;
bluetoothDevice.connectGatt(this, false, mGattCallback);
或
gatt.disconnect();(断开连接后务必记得gatt.close();)
(5) readDescriptor对应onDescriptorRead;
gatt.readDescriptor(descriptor);
(6) writeDescriptor对应onDescriptorWrite;
gatt.writeDescriptor(descriptor);
(7) readRemoteRssi对应onReadRemoteRssi;
gatt.readRemoteRssi();
(8) executeReliableWrite对应onReliableWriteCompleted;
gatt.executeReliableWrite();
(9) discoverServices对应onServicesDiscovered
gatt.discoverServices();
开启蓝牙所具备的权限：
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>
如果 android.hardware.bluetooth_le设置为false,可以安装在不支持的设备上使用，判断是否支持蓝牙4.0用以下代码就可以了，如：
if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
Toast.makeText(this, “设备不支持蓝牙4.0”, Toast.LENGTH_SHORT).show();
finish();
}
对蓝牙的启动关闭操作：
1、利用系统默认开启蓝牙对话框
if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}
2、后台打开蓝牙，不做任何提示，这个也可以用来自定义打开蓝牙对话框啦
mBluetoothAdapter.enable();
3、后台关闭蓝牙
mBluetoothAdapter.disable();
二、BleLib库的优点
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最简洁的植入（近乎一行代码）
private void initBle() {
mBle = Ble.options()
.setLogBleExceptions(true)//设置是否输出打印蓝牙日志（非正式打包请设置为true，以便于调试）
.setThrowBleException(true)//设置是否抛出蓝牙异常
.setAutoConnect(true)//设置是否自动连接
.setConnectFailedRetryCount(3)
.setConnectTimeout(10 * 1000)//设置连接超时时长（默认10*1000 ms）
.setScanPeriod(12 * 1000)//设置扫描时长（默认10*1000 ms）
.setUuid_service(UUID.fromString("0000fee9-0000-1000-8000-00805f9b34fb"))//主服务的uuid
.setUuid_write_cha(UUID.fromString("d44bc439-abfd-45a2-b575-925416129600"))//可写特征的uuid
.create(getApplicationContext());
}
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最大程度简化了代码量
有对比才有伤害，那就来看下原生api调用蓝牙流程和该库之间的对比：
例如扫描设备
原生API写法：
private void scanLeDevice(final boolean enable) {
if (enable) {
// 经过预定扫描期后停止扫描
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);
}
...
}
然后在mLeScanCallback的回调中拿到扫描结果：
// 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() {
...
}
});
}
BleLib中扫描的写法：
mBle.startScan(scanCallback);
回调结果：
BleScanCallback<BleDevice> scanCallback = new BleScanCallback<BleDevice>() {
@Override
public void onLeScan(final BleDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
...
}
}
};
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提供了独一无二的OTA升级接口（即蓝牙硬件进行更新升级的接口）
这绝对是其他蓝牙库所没有的，具体API请看下面的库使用步骤
三、如何使用该库
1. 初始化蓝牙（动态授权蓝牙操作权限、打开蓝牙、判断设备是否支持蓝牙等操作请看DEMO）
private void initBle() {
mBle = Ble.options()
.setLogBleExceptions(true)//设置是否输出打印蓝牙日志（非正式打包请设置为true，以便于调试）
.setThrowBleException(true)//设置是否抛出蓝牙异常
.setAutoConnect(true)//设置是否自动连接
.setConnectFailedRetryCount(3)//设置连接失败的重试次数
.setConnectTimeout(10 * 1000)//设置连接超时时长（默认10*1000 ms）
.setScanPeriod(12 * 1000)//设置扫描时长（默认10*1000 ms）
.setUuid_service(UUID.fromString("0000fee9-0000-1000-8000-00805f9b34fb"))//主服务的uuid
.setUuid_write_cha(UUID.fromString("d44bc439-abfd-45a2-b575-925416129600"))//可写特征的uuid
.create(getApplicationContext());
}
2. 扫描周边设备
mBle.startScan(scanCallback);
//扫描回调
BleScanCallback<BleDevice> scanCallback = new BleScanCallback<BleDevice>() {
@Override
public void onLeScan(final BleDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
...
//获取到蓝牙设备对象，根据自身需求进行操作（库中已进行相同设备的过滤）
}
};
3.开始连接
mBle.connect(device, connectCallback);
//连接回调
private BleConnCallback<BleDevice> connectCallback = new BleConnCallback<BleDevice>() {
@Override
public void onConnectionChanged(BleDevice device) {
if (device.isConnected()) {
//连接成功之后设置通知（切记，很重要）
setNotify(device);
}
Log.e(TAG, "onConnectionChanged: " + device.isConnected());
}
@Override
public void onConnectException(BleDevice device, int errorCode) {
super.onConnectException(device, errorCode);
Toast.makeText(BleActivity.this, "连接异常，异常状态码:" + errorCode, Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
};
连接异常状态码可参阅该项目的[wiki]
4.设置通知及回调
private void setNotify(BleDevice device) {
/*连接成功后，设置通知*/
mBle.startNotify(device, new BleNotiftCallback<BleDevice>() {
@Override
public void onChanged(BleDevice device, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
Log.e(TAG, "onChanged: 表示返回硬件MCU发来的数据"+Arrays.toString(characteristic.getValue()));
}
@Override
public void onReady(BleDevice device) {
Log.e(TAG, "onReady: 表示一切准备就绪，可以进行读写(发送数据或者读取数据)的标志");
}
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt) {
Log.e(TAG, "onServicesDiscovered is success ");
}
@Override
public void onNotifySuccess(BluetoothGatt gatt) {
Log.e(TAG, "onNotifySuccess is success ");
}
});
}
当收到onChanged(BluetoothGattCharacteristic characteristic)回调时,则说明蓝牙设备的数据发生改变了，通知程序作出改变。还有很多回调，他们对应的情况不懂得可以参考上面的原生API的详细讲解。
5.读取远程Rssi
mBle.readRssi(mBle.getConnetedDevices().get(0), new BleReadRssiCallback<BleDevice>() {
@Override
public void onReadRssiSuccess(int rssi) {
super.onReadRssiSuccess(rssi);
Log.e(TAG, "onReadRssiSuccess: " + rssi);
Toast.makeText(BleActivity.this, "onReadRssiSuccess:"+ rssi, Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
});
6.主动读取数据
public void read(BleDevice device) {
boolean result = mBle.read(device, new BleReadCallback<BleDevice>() {
@Override
public void onReadSuccess(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
super.onReadSuccess(characteristic);
byte[] data = characteristic.getValue();
Log.w(TAG, "onReadSuccess: " + Arrays.toString(data));
}
});
if (!result) {
Log.d(TAG, "读取数据失败!");
}
7.写入数据
boolean result = mBle.write(device, changeLevelInner(), new BleWriteCallback<BleDevice>() {
@Override
public void onWriteSuccess(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
Toast.makeText(BleActivity.this, "发送数据成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
});
if (!result) {
Log.e(TAG, "changeLevelInner: " + "发送数据失败!");
}
8.发送大数据包（如：文件等）
try {
//获取整个文件的总字节
byte[]data = toByteArray(getAssets().open("WhiteChristmas.bin"));
//发送大数据量的包(参数请查阅Demo Code)
mBle.writeEntity(mBle.getConnetedDevices().get(0), data, 20, 50, new BleWriteEntityCallback<BleDevice>() {
@Override
public void onWriteSuccess() {
L.e("writeEntity", "onWriteSuccess");
}
@Override
public void onWriteFailed() {
L.e("writeEntity", "onWriteFailed");
}
});
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
9.设置MTU(BLE4.2)
if(Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP){
//此处第二个参数 不是特定的 比如你也可以设置500 但是如果设备不支持500个字节则会返回最大支持数
mBle.setMTU(mBle.getConnetedDevices().get(0).getBleAddress(), 250, new BleMtuCallback<BleDevice>() {
@Override
public void onMtuChanged(BleDevice device, int mtu, int status) {
super.onMtuChanged(device, mtu, status);
ToastUtil.showToast("最大支持MTU："+mtu);
}
});
}else {
ToastUtil.showToast("设备不支持MTU");
}
10.OTA升级
//找到你需要升级文件的路径(一般情况都是保存再服务器上，一旦有更新会自动提示，然后APP下载并保存到本地，生成对应的file对象)
File file = new File(...);
//读写SD卡权限，此处略（6.0及以上需添加)
OtaManager mOtaManager = new OtaManager(BleActivity.this);
boolean result = mOtaManager.startOtaUpdate(file, (BleDevice) mBle.getConnetedDevices().get(0), mBle);
Log.e("OTA升级结果:", result + "");
四、BleLib库封装的详细分析
分析之前先来张BleLib库API的结构图供大家参考（下图是1.x库的结构，API名称部分与当前有点不同）：
1、我们先来看一下该库的结构，以及每个类的作用。如下图：
Ble：
该类提供了几乎所有你需要用到的方法，包括蓝牙扫描、连接、断开、蓝牙当前连接状态等等，管理了蓝牙操作的所有接口和方法。
BleDevice：
该类的主要是来描述并记录蓝牙的属性和状态，如记录蓝牙名称、蓝牙MAC地址、蓝牙别名（即修改之后的名称）、蓝牙连接状态等。
BleStatus：
该类是蓝牙状态类，定义了蓝牙扫描、连接、通知使能、发送、接收等状态的常量值（连接异常等状态码可参考该类）
BluetoothLeService：
该类是最重要的一个核心蓝牙处理类，主要是蓝牙操作中用到的各个方法的实现类，是整个蓝牙的核心功能实现，Ble是对外提供所有蓝牙操作接口的管理类。
在此要注意一些细节，比如大多数设备扫描的时候会重复扫描到相同蓝牙设备，必须要进行过滤，开发应用时，必须还要进行产品过滤，比如通过设备的广播包过滤，或者通过设备名过滤都是可以的，如下（注意：要根据自己产品提供的广播包进行过滤，下图是我们自己产品的）：
/**
* Verify the product broadcast parameters
* @param data Parameter data
* @return Whether the match
*/
public static boolean matchProduct(byte[] data) {
if (data == null || data.length <= 0) {
return false;
}
int i = 0;
do {
// Read packet size
int len = data[i++] & 0xff;
if (len > 0) {
// Read packet data
byte[] d = new byte[len];
int j = 0;
do {
d[j++] = data[i++];
} while (j < len);
// Authentication Type and Length
if (d.length > BROADCAST_SPECIFIC_PRODUCT.length && (d[0] & 0xFF) == BLE_GAP_AD_TYPE_MANUFACTURER_SPECIFIC_DATA) {
// Matching product parameters
boolean passed = true;
for (int x = 0; x < BROADCAST_SPECIFIC_PRODUCT.length; x++) {
passed = passed && d[x + 1] == BROADCAST_SPECIFIC_PRODUCT[x];
}
//Match successful
if (passed) {
return true;
}
}
}
} while (i < data.length);
return false;
}
OK，要注意的细节问题已经介绍的差不多了，如果感兴趣的朋友可以去应用该库到自己的项目中。
Android BLE蓝牙详细解读
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