一、BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗藍牙基本知識

Android 4.3（API級別18）引入了以低功耗藍牙（BLE）為中心角色的內置平臺支持，并提供應用程序可用于發現設備，查詢服務和傳輸信息的API

常見用例包括以下內容：

• 在附近的設備之間傳輸少量的數據
• 與Google Beacons等接近傳感器進行互動，為用戶提供基于當前位置的定制體驗。

傳統藍牙可以用于數據量比較大的傳輸，如語音，音樂，較高數據量傳輸等，但是比較耗電，低功耗藍牙這樣應用于實時性要求比較高，功耗比較低，但是數據速率比較低的產品，如遙控類的，如鼠標，鍵盤，遙控鼠標(Air Mouse)，傳感設備的數據發送，如心跳帶，血壓計，溫度傳感器等。

1. GATT 和 ATT

GATT協議

（1）通用屬性配置文件 Generic Attribute Profile（GATT）：GATT配置文件是通過BLE鏈接發送和接收被稱為“屬性”的短小數據的通用規范。目前所有的低能耗應用程序都基于GATT。

• 藍牙SIG為低能耗設備定義了許多配置文件。 配置文件是設備如何在特定應用程序中工作的規范。 請注意，設備可以實現多個配置文件。 例如，一個設備可以包含一個心率監測器和一個電池電量檢測器。

• 可以把他看成xml來理解：

  • 每個GATT由完成不同功能的Service組成；
  • 每個Service由不同的Characteristic組成；

  • 每個Characteristic由一個value和一個或者多個Descriptor組成；

Service、Characteristic相當于標簽（Service相當于他的類別，Characteristic相當于它的名字），而value才真正的包含數據，Descriptor是對這個value進行的說明和描述，當然我們可以從不同角度來描述和說明，因此可以有多個Descriptor.

1. Service? 的UUID： 設備中每一個不同的 Service 都有一個 128 bit 的 UUID 作為這個 Service 的獨立標志。藍牙核心規范制定了兩種不同的UUID，一種是基本的UUID，一種是代替基本UUID的16位UUID。所有的藍牙技術聯盟定義UUID共用了一個基本的UUID：0x0000xxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB

2.?每一個 Characteristic 也有一個唯一的 UUID 作為標識符

舉一個簡單的例子進行說明：

常見的小米手環是一個BLE設備，（假設）它包含三個Service,分別是提供設備信息的Service、提供步數的Service、檢測心率的Service;
設備信息的service中包含的characteristic包括廠商信息、硬件信息、版本信息等；

心率Service則包括心率characteristic等，心率characteristic中的value則真正的包含心率的數據，而descriptor則是對該value的描述說明，比如value的單位啊，描述啊，權限啊等。

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（2）屬性協議 Attribute Protocol（ATT）：GATT建立在屬性協議（ATT）之上。 這也被稱為GATT / ATT。 ATT經過優化，可在BLE設備上運行。 為此，它使用盡可能少的字節。 每個屬性由一個通用唯一標識符（UUID）唯一標識，該標識符是用于唯一標識信息的字符串ID的標準化128位格式。 ATT傳輸的屬性被格式化為特征和服務。

• 特性 Characteristic： 特性包含描述特性值的單個值和0-n個描述符。一個特征可以被認為是一個類，類似于一個階級，是最小的數據邏輯單元。
• 描述符 Descriptor： 描述符是描述特征值的定義屬性。 例如，一個描述符可以指定一個可讀的描述，一個特征值的可接受范圍，或者一個特征值特有的度量單位。value、descriptor中存儲數據的解析由Server的工程師決定，并無規范，雙發按照約定開發。
• 服務 Service： 服務是一個特征的集合。 例如，您可以擁有一個名為“心率監測器”的服務，其中包含“心率測量”等特性。 您可以在bluetooth.org上找到現有基于GATT的配置文件和服務的列表。Service/Characteristic均有一個唯一的UUID標識，UUID既有16位的也有128位的，我們需要了解的是16位的UUID是經過藍牙組織認證的，是需要購買的，當然也有一些通用的16位UUID。例如Heart Rate服務的UUID就是0X180D,代碼中表示為0X00001800-0000-1000-8000-00805f9b34fb,其他位為固定的。而128位的UUID則可以自定義。

在 Android 開發中，建立藍牙連接后，我們說的通過藍牙發送數據給外圍設備就是往這些 Characteristic 中的 Value 字段寫入數據；外圍設備發送數據給手機就是監聽這些 Charateristic 中的 Value 字段有沒有變化，如果發生了變化，手機的 BLE API 就會收到一個監聽的回調。?

2.?角色（Roles）和責任（Responsibilities）

Android設備與BLE設備交互時適用的角色和職責：

• 中央（Central）?與?周邊（Peripheral）。這適用于BLE連接本身。處于中心角色的設備掃描，尋找廣告，并且在外圍角色中的設備進行廣告。
• GATT服務器?與?GATT客戶端。這決定了兩臺設備在建立連接后如何相互通話。

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為了理解這個區別，假設你有一個Android手機和一個BLE設備的活動追蹤器。 手機支持中心角色; 活動跟蹤器支持外設角色（建立一個BLE連接，你需要每兩個事物中只有一個支持外圍設備的人不能彼此交談，也不能只支持兩個事物）。

一旦手機和活動追蹤器建立了連接，他們就開始將GATT元數據轉移到另一個。根據他們傳輸的數據的種類，其中一個或另一個可能充當服務器。例如，如果活動跟蹤器想要將傳感器數據報告給電話，則活動跟蹤器可以充當服務器。如果活動跟蹤器想要從手機接收更新，那么手機作為服務器可能是有意義的。

在本文檔中使用的示例中，Android應用程序（在Android設備上運行）是GATT客戶端。該應用程序從GATT服務器獲取數據，GATT服務器是支持心率檔案的BLE心率監測器。但你也可以設計你的Android應用程序來扮演GATT服務器的角色。

二、安卓BLE開發流程

首先要判斷當前的Android設備是否支持藍牙，如果支持則再判斷當前藍牙是否處于開啟狀態，如果未開啟則發送廣播通知系統開啟藍牙，藍牙開啟后開始搜索周圍的藍牙設備，注意搜索一定要設置超時處理，搜索到指定藍牙設備后停止搜索任務。

此時可以以列表的形式供用戶選擇需要連接的設備，或者內部自動連接特定的設備，連接成功后，搜索此藍牙設備提供的服務（特性、描述符的集合），搜索完成后設置一些對應的參數，即可與藍牙設備進行通信了

1. 相關的API

我們在開發過程中需要用到的一些API：

• 1.BluetoothAdapter

本地藍牙適配器，用于一些藍牙的基本操作，比如判斷藍牙是否開啟、搜索藍牙設備等。

• 2.BluetoothDevice

藍牙設備對象，包含一些藍牙設備的屬性，比如設備名稱、mac地址等。

• 3.BluetoothProfile

一個通用的藍牙規范，設備之間按照這個規范來收發數據。

• 4.BluetoothGatt

藍牙通用屬性協議，定義了BLE通訊的基本規則，是BluetoothProfile的實現類，Gatt是Generic Attribute Profile的縮寫，用于連接設備、搜索服務等操作。

• 5.BluetoothGattCallback

藍牙設備連接成功后，用于回調一些操作的結果，必須連接成功后才會回調。

• 6.BluetoothGattService

藍牙設備提供的服務，是藍牙設備特征的集合。

• 7.BluetoothGattCharacteristic

藍牙設備特征，是構建GATT服務的基本數據單元。

• 8.BluetoothGattDescriptor

藍牙設備特征描述符，是對特征的額外描述。

我們可以將上述幾個類的關系比喻為：BluetoothDevice為學校，BluetoothGatt為學校到達某一個班級的通道，BluetoothCattService為學校的某一個班級，BluetoothCattCharacteristic為班級中的某一個學生。那么藍牙連接通信的過程就是這樣，BluetoothAdapter先找到學校（就是連接目的設備），再通過通道找到目標班級，最后從班級中找到目標學生，這個學生就是我們設備之間通信的中介，很重要，學校有唯一的MAC地址，班級有唯一的serviceUUID，學生有唯一的charactersticUUID（相當于學號），所以就是在一所學校找一個學生的問題。

2. 操作流程

（1）打開所需要的權限

在 Android 6.0 及以上，還需要打開位置權限。如果應用沒有位置權限，藍牙掃描功能不可用，即掃描不到BLE設備，但其它藍牙操作例如連接藍牙設備和寫入數據不受影響。

<!-- 通用藍牙權限 --> <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/> <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/><!-- 位置權限 --> <uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION"/>

（2）獲取 BluetoothAdapter

BluetoothAdapter是任何和所有的藍牙活動所必需的。 BluetoothAdapter代表設備自己的藍牙適配器（藍牙無線電）。整個系統有一個藍牙適配器，您的應用程序可以使用這個對象與它進行交互。下面的代碼展示了如何獲取適配器。請注意，此方法使用getSystemService（）返回 BluetoothManager 的實例，然后用于獲取適配器。 Android 4.3（API Level 18）介紹了BluetoothManager：

private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter; ... // Initializes Bluetooth adapter. final BluetoothManager bluetoothManager =(BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE); mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

（3）啟動藍牙

調用isEnabled（）來檢查當前是否啟用了藍牙。如果此方法返回false，則藍牙被禁用。

以下片段檢查是否啟用了藍牙。如果不是，該片段會顯示一個錯誤，提示用戶轉到設置以啟用藍牙：

// 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); }

注意：
傳遞給 startActivityForResult（android.content.Intent，int）的REQUEST_ENABLE_BT常量是系統在onActivityResult（int，int，android.content）中返回給您的本地定義的整數（它必須大于0））實現作為requestCode參數。

（4）查找藍牙設備

要查找BLE設備，請使用startLeScan（）方法。 此方法將BluetoothAdapter.LeScanCallback作為參數。 您必須實現此BluetoothAdapter.LeScanCallback，因為這是如何返回掃描結果。 由于掃描耗電量大，您應遵守以下準則:

• 一旦找到所需的設備，請停止掃描
• 切勿掃描循環，并在掃描上設置時間限制。以前可用的設備可能已移出范圍，并繼續掃描電池電量。

以下片段顯示了如何啟動和停止掃描：

/*** 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() {@Overridepublic void run() {mScanning = false;mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);}}, SCAN_PERIOD);mScanning = true;mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);} else {mScanning = false;mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);}...} ... }

如果只想掃描特定類型的外設，則改為調用startLeScan（UUID []，BluetoothAdapter.LeScanCallback），提供指定您的應用程序支持的GATT服務的UUID對象數組。

以下是BluetoothAdapter.LeScanCallback的一個實現，它是用于傳遞BLE掃描結果的接口：

private LeDeviceListAdapter mLeDeviceListAdapter; ... // Device scan callback. private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {@Overridepublic void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,byte[] scanRecord) {runOnUiThread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {mLeDeviceListAdapter.addDevice(device);mLeDeviceListAdapter.notifyDataSetChanged();}});} };

（5）讀取設備BLE信息

一旦你的Android應用程序連接到GATT服務器并發現服務，它就可以在支持的地方讀取和寫入屬性。例如，這個代碼片段遍歷服務器的服務和特性，并在UI中顯示它們：

public class DeviceControlActivity extends Activity {...// （演示）Demonstrates how to （遍歷）iterate through the supported GATT// Services/Characteristics.// In this sample, we （填充）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）接受GATT通知

BLE應用程序在設備上發生特定特征變化時要求收到通知是很常見的。這段代碼展示了如何使用setCharacteristicNotification（）方法為特性設置通知

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);

一旦為特征啟用了通知，如果特性在遠程設備上發生變化，則會觸發onCharacteristicChanged（）回調：

@Override // Characteristic notification public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic) {broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic); }

（7）關閉藍牙

一旦您的應用程序使用BLE設備，應該調用close（），以便系統可以正確釋放資源：

public void close() {if (mBluetoothGatt == null) {return;}mBluetoothGatt.close();mBluetoothGatt = null; }

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的安卓蓝牙开发（1）BLE蓝牙基础知识和一般开发流程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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