Android 蓝牙开发(三)-蓝牙的详细介绍

前面的两篇文章，主要是在 Android 官网关于蓝牙介绍的基础上加上自己的理解完成的。主要针对的是 Android 开发中的一些 API 的使用。

第一篇文章 Android 蓝牙开发（一） 主要是介绍了普通的蓝牙在 Android 开发中的运用。

第二篇文章 Android 蓝牙开发（二） 主要是介绍了低功耗蓝牙的开发。

这篇文章主要介绍的是蓝牙的历史和一些关于蓝牙的通用知识，还有广播包的知识。要想彻底了解蓝牙开发，这些基础的知识也是需要的，就像网络协议一样，这些都是基础的内容。我们的 API 的调用都是以这个为基础的，了解这些，开发过程中遇到问题，才可以知道什么怎么一回事。

下篇文章主要讲的就是实际开发中的一些坑。

蓝牙其实就是一种近距离无线通信技术。

从下到上分别为：控制器（Controller）-->主机（host）-->应用（Application）

详细介绍各个层的含义：

BLE 应用可以分为两大类：基于非连接的和基于连接的

意思就是外设和周边设备不发生连接，主要靠扫描到的广播来获取信息。发送广播的一方叫做 broadcaster 监听广播的一方叫做 oberver 在 GAP 层有对应的角色定义。

网络拓扑图：

这种方式就是广播设备不断的向外发送广播（含有特定的信息），然后观察者接受到广播按照两者之间约定好的协议进行解析拿到有用的信息。例如：iBeacon，通过这种设备我们可以实现室内定位。

其实这些设备的角色可以即使广播者又是观察者。接收到广播后作出了处理，然后又发送广播。这样就形成了双向的网络，类似于因特网，这就是蓝牙 Mesh 组网。

广播数据包格式：

每个广播数据包由 31 byte 组成。分为有效数据和无效数据两部分。

例子：

这里是扫描的数据包（转换成了 16 进制，两个代表一个字节），第一个字节是 02 表示后面的两个字节是数据部分，然后第二个字节是 01 表示了数据的类型。后面一个字节就是真正的数据了。这个广播数据单元就分析完了。下面就是另一个数据单元了。依次类推，关于数据类型的解释，官网有。

这是数据类型对应的含义表。

网络拓扑图：

一个中心设备可连接多个外设，但是一个外设只能连接一个中心（外设连接成功后就会停止对外广播，别人就发现不了它了）。其中一个中心设备的连接外设的数量也是有限的。

链接： >

万物互联的物联网时代的已经来临，ble蓝牙开发在其中扮演着举重若轻的角色。最近刚好闲一点，抽时间梳理下这块的知识点。

涉及ble蓝牙通讯的客户端(开启、扫描、连接、发送和接收数据、分包解包)和服务端(初始化广播数据、开始广播、配置Services、Server回调 *** 作)整个环节以及一些常见的问题即踩过的一些坑。

比如

1、在Android不同版本或不同手机的适配问题，扫描不到蓝牙设备

2、如何避免ble蓝牙连接出现133错误？

3、单次写的数据大小有20字节限制，如何发送长数据

蓝牙有传统(经典)蓝牙和低功耗蓝牙BLE(Bluetooth Low Energy)之分，两者的开发的API不一样，本文主讲Ble蓝牙开发，传统蓝牙不展开，有需要的可以自行了解。

相对传统蓝牙，BLE低功耗蓝牙，主要特点是快速搜索，快速连接，超低功耗保持连接和数据传输。

客户端

服务端

Android43(API Level 18)开始引入BLE的核心功能并提供了相应的 API。应用程序通过这些 API 扫描蓝牙设备、查询 services、读写设备的 characteristics（属性特征）等 *** 作。

BLE蓝牙协议是GATT协议, BLE相关类不多, 全都位于androidbluetooth包和androidbluetoothle包的几个类:

androidbluetooth

BluetoothGattService 包含多个Characteristic(属性特征值), 含有唯一的UUID作为标识

BluetoothGattCharacteristic 包含单个值和多个Descriptor, 含有唯一的UUID作为标识

BluetoothGattDescriptor 对Characteristic进行描述, 含有唯一的UUID作为标识

BluetoothGatt 客户端相关

BluetoothGattCallback 客户端连接回调

BluetoothGattServer 服务端相关

BluetoothGattServerCallback 服务端连接回调

androidbluetoothle

AdvertiseCallback 服务端的广播回调

AdvertiseData 服务端的广播数据

AdvertiseSettings 服务端的广播设置

BluetoothLeAdvertiser 服务端的广播

BluetoothLeScanner 客户端扫描相关(Android50新增)

ScanCallback 客户端扫描回调

ScanFilter 客户端扫描过滤

ScanRecord 客户端扫描结果的广播数据

ScanResult 客户端扫描结果

ScanSettings 客户端扫描设置

BLE设备分为两种设备: 客户端(也叫主机/中心设备/Central), 服务端(也叫从机/外围设备/peripheral)

客户端的核心类是 BluetoothGatt

服务端的核心类是 BluetoothGattServer 和 BluetoothLeAdvertiser

BLE数据的核心类是 BluetoothGattCharacteristic 和 BluetoothGattDescriptor

下面详细讲解下客户端和服务端的开发步骤流程

安卓手机涉及蓝牙权限问题，蓝牙开发需要在AndroidManifestxml文件中添加权限声明：

在搜索设备之前需要询问打开手机蓝牙：

注意: BLE设备地址是动态变化(每隔一段时间都会变化),而经典蓝牙设备是出厂就固定不变了！

通过扫描BLE设备，根据设备名称区分出目标设备targetDevice，下一步实现与目标设备的连接，在连接设备之前要停止搜索蓝牙；停止搜索一般需要一定的时间来完成，最好调用停止搜索函数之后加以100ms的延时，保证系统能够完全停止搜索蓝牙设备。停止搜索之后启动连接过程；

BLE蓝牙的连接方法相对简单只需调用connectGatt方法；

参数说明

与设备建立连接之后与设备通信，整个通信过程都是在BluetoothGattCallback的异步回调函数中完成；

BluetoothGattCallback中主要回调函数如下：

上述几个回调函数是BLE开发中不可缺少的；

当调用targetdDeviceconnectGatt(context, false, gattCallback)后系统会主动发起与BLE蓝牙设备的连接，若成功连接到设备将回调onConnectionStateChange方法，其处理过程如下：

判断newState == BluetoothGattSTATE_CONNECTED表明此时已经成功连接到设备；

mBluetoothGattdiscoverServices();

扫描BLE设备服务是安卓系统中关于BLE蓝牙开发的重要一步，一般在设备连接成功后调用，扫描到设备服务后回调onServicesDiscovered()函数，函数原型如下：

BLE蓝牙开发主要有负责通信的BluetoothGattService完成的。当且称为通信服务。通信服务通过硬件工程师提供的UUID获取。获取方式如下：

具体 *** 作方式如下：

开启监听，即建立与设备的通信的首发数据通道，BLE开发中只有当客户端成功开启监听后才能与服务端收发数据。开启监听的方式如下：

BLE单次写的数据量大小是有限制的， 通常是20字节 ，可以尝试通过requestMTU增大，但不保证能成功。分包写是一种解决方案，需要定义分包协议，假设每个包大小20字节，分两种包，数据包和非数据包。对于数据包，头两个字节表示包的序号，剩下的都填充数据。对于非数据包，主要是发送一些控制信息。

监听成功后通过向 writeCharacteristic写入数据实现与服务端的通信。写入方式如下：

其中：value一般为Hex格式指令，其内容由设备通信的蓝牙通信协议规定；

若写入指令成功则回调BluetoothGattCallback中的onCharacteristicWrite()方法，说明将数据已经发送给下位机；

若发送的数据符合通信协议，则服务端会向客户端回复相应的数据。发送的数据通过回调onCharacteristicChanged()方法获取，其处理方式如下：

通过向服务端发送指令获取服务端的回复数据，即可完成与设备的通信过程；

当与设备完成通信之后之后一定要断开与设备的连接。调用以下方法断开与设备的连接：

源码上传在CSDN上了，有需要的可以借鉴。

=====> Android蓝牙Ble通讯Demo示例源码–扫描,连接,发送和接收数据,分包解包

BLE单次写的数据量大小是有限制的，通常是20字节，可以尝试通过requestMTU增大，但不保证能成功。分包写是一种解决方案，需要定义分包协议，假设每个包大小20字节，分两种包，数据包和非数据包。对于数据包，头两个字节表示包的序号，剩下的都填充数据。对于非数据包，主要是发送一些控制信息。

总体流程如下：

1、定义通讯协议，如下(这里只是个举例，可以根据项目需求扩展)

2、封装通用发送数据接口(拆包)

该接口根据会发送数据内容按最大字节数拆分(一般20字节)放入队列，拆分完后，依次从队列里取出发送

3、封装通用接收数据接口(组包)

该接口根据从接收的数据按协议里的定义解析数据长度判读是否完整包，不是的话把每条消息累加起来

4、解析完整的数据包，进行业务逻辑处理

5、协议还可以引入加密解密，需要注意的选算法参数的时候，加密后的长度最好跟原数据长度一致，这样不会影响拆包组包

一般都是Android版本适配以及不同ROM机型（小米/红米、华为/荣耀等）（EMUI、MIUI、ColorOS等）的权限问题

蓝牙开发中有很多问题，要静下心分析问题，肯定可以解决的，一起加油；

是做安卓开发吗？是接收不到蓝牙数据还是什么情况？先要清楚血压计的数据传输机制，是实时传输还是接收到指令在传输等。

Generic Attribute Profile (GATT)

通过BLE连接，读写属性类小数据的Profile通用规范。现在所有的BLE应用Profile都是基于GATT的。

Attribute Protocol (ATT)

GATT是基于ATT Protocol的。ATT针对BLE设备做了专门的优化，具体就是在传输过程中使用尽量少的数据。每个属性都有一个唯一的UUID，属性将以characteristics and services的形式传输。

Characteristic

Characteristic可以理解为一个数据类型，它包括一个value和0至多个对次value的描述（Descriptor）。

Descriptor

对Characteristic的描述，例如范围、计量单位等。

Service

Characteristic的集合。例如一个service叫做“Heart Rate Monitor”，它可能包含多个Characteristics，其中可能包含一个叫做“heart rate measurement"的Characteristic。

二、角色和职责：

Android设备与BLE设备交互有两组角色：

中心设备和外围设备（Central vs peripheral）；

GATT server vs GATT client

Central vs peripheral:

中心设备和外围设备的概念针对的是BLE连接本身。Central角色负责scan advertisement。而peripheral角色负责make advertisement。

GATT server vs GATT client:

这两种角色取决于BLE连接成功后，两个设备间通信的方式。

举例说明：

现 有一个活动追踪的BLE设备和一个支持BLE的Android设备。Android设备支持Central角色，而BLE设备支持peripheral角 色。创建一个BLE连接需要这两个角色都存在，都仅支持Central角色或者都仅支持peripheral角色则无法建立连接。

当 连接建立后，它们之间就需要传输GATT数据。谁做server，谁做client，则取决于具体数据传输的情况。例如，如果活动追踪的BLE设备需要向 Android设备传输sensor数据，则活动追踪器自然成为了server端；而如果活动追踪器需要从Android设备获取更新信息，则 Android设备作为server端可能更合适。

三、权限及feature：

和经典蓝牙一样，应用使用蓝牙，需要声明BLUETOOTH权限，如果需要扫描设备或者 *** 作蓝牙设置，则还需要BLUETOOTH_ADMIN权限：

<uses-permission android:name="androidpermissionBLUETOOTH"/>

<uses-permission android:name="androidpermissionBLUETOOTH_ADMIN"/>

除了蓝牙权限外，如果需要BLE feature则还需要声明uses-feature：

<uses-feature android:name="androidhardwarebluetooth_le" android:required="true"/>

按时required为true时，则应用只能在支持BLE的Android设备上安装运行；required为false时，Android设备均可正常安装运行，需要在代码运行时判断设备是否支持BLE feature：

// Use this check to determine whether BLE is supported on the device Then

// you can selectively disable BLE-related features

if (!getPackageManager()hasSystemFeature(PackageManagerFEATURE_BLUETOOTH_LE)) {

ToastmakeText(this, Rstringble_not_supported, ToastLENGTH_SHORT)show();

finish();

}

四、启动蓝牙：

在使用蓝牙BLE之前，需要确认Android设备是否支持BLE feature(required为false时)，另外要需要确认蓝牙是否打开。

如果发现不支持BLE，则不能使用BLE相关的功能。如果支持BLE，但是蓝牙没打开，则需要打开蓝牙。

打开蓝牙的步骤：

1、获取BluetoothAdapter

BluetoothAdapter是Android系统中所有蓝牙 *** 作都需要的，它对应本地Android设备的蓝牙模块，在整个系统中BluetoothAdapter是单例的。当你获取到它的示例之后，就能进行相关的蓝牙 *** 作了。

获取BluetoothAdapter代码示例如下：

// Initializes Bluetooth adapter

final BluetoothManager bluetoothManager =

(BluetoothManager) getSystemService(ContextBLUETOOTH_SERVICE);

mBluetoothAdapter = bluetoothManagergetAdapter();

注：这里通过getSystemService获取BluetoothManager，再通过BluetoothManager获取BluetoothAdapter。BluetoothManager在Android43以上支持(API level 18)。

2、判断是否支持蓝牙，并打开蓝牙

获取到BluetoothAdapter之后，还需要判断是否支持蓝牙，以及蓝牙是否打开。

如果没打开，需要让用户打开蓝牙：

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 || !mBluetoothAdapterisEnabled()) {

Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapterACTION_REQUEST_ENABLE);

startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);

}

与蓝牙开发主要的相关类是以下四个

知道对应API后就可以进行对应的蓝牙开发，这里以获取蓝牙设备为例子

}

搜索设备的回调则需要通过注册广播的形式来获取

定义广播

之后就可以进行个人的一些 *** 作

要实现蓝牙聊天则涉及到蓝牙之间的传输通信，前面也说到了，这里肯定就是用到BluetoothServerSocket以及BluetoothSocket。

蓝牙传输通信相当于服务器端与客户端之间的通信，只不过不同是这里每一个蓝牙设备本身自己 既充当服务器端也充当客户端 ，大致的关系就是

注意，这些连接都是阻塞式的，都要放在线程里去执行。

可以看到，当BluetoothServerSocket监听到有设备连接的时候，就会调用dataTransfer开启一个数据传输。

需要一个ConnectThread来发起

之后建立连接之后就会调用dataTransfer来进行数据传输，同样也需要一个线程来维护数据传输

蓝牙聊天则是基于上面三个线程来进行实现，同样，对于蓝牙文件间的传输也是同个道理，通过输入输出流来进行处理。之后的 *** 作就比较容易处理了

蓝牙聊天

Android 蓝牙开发基本流程

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