首页 > 代码库 > Bluetooth Low Energy——蓝牙低功耗
Bluetooth Low Energy——蓝牙低功耗
Android4.3（API级别18）引入内置平台支持BLE的central角色，同时提供API和app应用程序用来发现设备，查询服务，和读/写characteristics。与传统蓝牙（ClassicBluetooth）不同，蓝牙低功耗（BLE）的目的是提供更显著的低功耗。这使得Android应用程序可以和具有低功耗的要求BLE设备，如接近传感器，心脏速率监视器，健身设备等进行通信。
关键术语和概念
下面是关键BLE术语和概念的总结：
通用属性规范（GATT）—GATTprofile是一个通用规范用于在BLE链路发送和接收被称为“属性（attributes）”的数据片。目前所有的低功耗应用 profile都是基于GATT。
蓝牙SIG定义了许多profile用于低功耗设备。Profile（配置文件）是一个规范，规范了设备如何工作在一个特定的应用场景。注意：一个设备可以实现多个profile。例如，一个设备可以包含一个心脏监测仪和电池电平检测器。
属性协议（ ATT ）—GATT是建立在属性协议（ ATT ）的顶层，通常也被称为GATT/ ATT 。 ATT进行了优化用于在BLE设备上运行。为此，它采用尽可能少的字节越好。每个attribute属性被UUID（通用唯一标识符）唯一标识 ，UUID是标准128-bit格式的ID用来唯一标识信息。attributes 被 ATT 格式化characteristics和services形式进行传送。
特征（Characteristics）— 一个characteristics包含一个单独的value值和0 –n个用来描述characteristic 值（value）的descriptors。一个characteristics可以被认为是一种类型的，类似于一个类。
描述符(descriptor)—descriptor是被定义的attributes，用来描述一个characteristic的值。例如，一个descriptor可以指定一个人类可读的描述中，在可接受的范围里characteristic值，或者是测量单位，用来明确characteristic的值。
服务（service）—service是characteristic的集合。例如，你可以有一个所谓的“Heart RateMonitor”service，其中包括characteristic，如“heart rate measurement ”。你可以在 bluetooth.org找到关于一系列基于GATT的profile和service。
角色和职责
以下是适用于当一个Android设备与BLE设备交互的角色和责任：
中心设备（central）与外围设备（peripheral）。这也适用于BLE连接本身。Central设备进行扫描，寻找advertisenment，peripheral设备发出advertisement。
GATT server（服务器）与GATTclient（客户端）。这决定了两个设备建立连接后如何互相交互。
要了解它们的区别，假设你有一个Android手机和活动跟踪器，活动跟踪器是一个BLE装置。这款手机扮演central角色;活动跟踪器扮演peripheral角色（建立一个BLE连接，必须具备两者。如果两个设备只支持central角色或peripheral角色，不能跟对方建立一个BLE连接）。
一旦手机与活动跟踪器已经建立连接，他们开始相互传送GATT数据。根据它们传送数据的种类，其中一个可能作为 GATT server。例如，如果该活动跟踪器将传感器数据汇报到手机上，活动跟踪器作为server。如果活动跟踪器想要从手机接收更新，那么手机作为server。
在本文档中使用的示例中，Android应用程序（在Android设备上运行）是GATT client。该应用从GATT server 获取数据，server是一款支持 HeartRate Profile的BLE心脏速率监测仪。但你可以设计??你的Andr??oid应用程序，作为GATT server角色。见BluetoothGattServer 获取更多信息。
BLE权限
为了使用应用程序中的蓝牙功能，你必须声明蓝牙权限BLUETOOTH。你需要这个权限执行任意蓝牙通讯，如请求连接，接受连接，传输数据。
如果你希望你的应用程序启动设备发现或操纵蓝牙设置，还必须声明BLUETOOTH_ADMIN权限。注意：如果您使用BLUETOOTH_ADMIN权限，那么你还必须有BLUETOOTH权限。
声明蓝牙权限在你的应用程序清单（manifest）文件。例如：
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/><uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
如果你想声明，你的应用程序是只提供给BLE功能的设备，在您的应用程序的清单包括如下语句：
<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>
不过，如果你想使你的应用程序提供给那些不支持BLE设备，你仍然应该在您的应用程序的清单包含这个上述语句，但设置required="false"。然后在运行时可以通过使用 PackageManager.hasSystemFeature()确定BLE可用性：
// 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();}
设置BLE
在你的应用程序可以进行BLE通信之前 ，你需要验证这个设备上BLE是否被支持，如果支持，请确保它已启用。请注意，如果<uses-feature.../>设置为false，这个检查才是必需的。
如果不支持BLE ，那么你应该适当地禁用任何BLE功能。如果BLE支持，但被禁用，那么你可以要求用户启动蓝牙时不要离开应用程序。这种设置两个步骤完成，使用 BluetoothAdapter.
1.获取BluetoothAdapter
该BluetoothAdapter是所有的蓝牙活动所必需的。该BluetoothAdapter代表设备自身的蓝牙适配器（蓝牙无线电）。只有一个蓝牙适配器用于整个系统，并且你的应用程序可以使用该对象进行交互。下面的代码片段显示了如何获取适配器。注意，该方法使用getSystemService() 返回BluetoothManager的一个实例, 用于获取适配器。Android 4.3 （ API级别18 ）引入BluetoothManager：
// Initializes Bluetooth adapter. final BluetoothManager bluetoothManager= (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
2. 启用蓝牙
接下来，你需要确保蓝牙已启用。用isEnabled() 来检查蓝牙当前是否启用。如果此方法返回false，那么蓝牙被禁用。下面的代码片段检查蓝牙是否开启。如果不是，该片段将显示错误提示用户去设置以启用蓝牙：
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); }
查找BLE设备
为了找到BLE设备，您可以使用startLeScan() 方法。此方法需要一个BluetoothAdapter.LeScanCallback作为参数。你必须实现这个回调，因为它决定扫描结果如何返回。因为扫描耗电量大，你应当遵守以下准则：
1）只要你找到所需的设备，停止扫描。
2）不要扫描一个循环，并设置您的扫描时间限制。以前可用的设备可能已经移出范围，继续扫描消耗电池电量。
下面的代码片段显示了如何启动和停止扫描：
/** * 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); } ... }...}
如何你想要扫描指定类型的peripheral设备，你可以用 startLeScan(UUID[],BluetoothAdapter.LeScanCallback)取代, 它提供了一组UUID对象用于说明你的应用程序支持的GATT services .
下面是用于传送BLE扫描结果的接口函数BluetoothAdapter.LeScanCallback的具体实现：
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：你可以只扫描BLE设备或传统蓝牙设备，就像Bluetooth描述那样。你不可以同时扫描BLE设备和传统蓝牙设备。
连接到GATT server
在和一个BLE设备交互的第一步是连接到它，更具体地，连接到所述装置上的GATT server。要连接到一个BLE设备上的GATT server，您可以使用connectGatt()方法。这个方法有三个参数：一个Context 对象，一个autoConnect（布尔值，表示是否自动连接到BLE装置）和BluetoothGattCallback:
mBluetoothGatt = device.connectGatt(this,false, mGattCallback);
这个函数连接到由BLE设备上的GATTserver，并返回一个BluetoothGatt实例，您可以使用它来进行GATT client操作。调用者（Android应用程序）是GATT client。该BluetoothGattCallback是用来提供结果给client，如连接状态，以及任何进一步的GATT client操作。
在这个例子中，BLE应用程序提供了一个活动（DeviceControlActivity）连接，显示数据，和显示该设备支持的GATTservices和characteristics。根据用户的输入，这一活动与一个叫BluetoothLeService的Service交互，BluetoothService通过Android BLE的API与 BLE设备进行交互：
// 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 = "http://www.mamicode.com/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); } } ... };...}
当一个特定的回调被触发时，它会调用相应的broadcastUpdate（）辅助方法并传递给它一个动作。注意，在该部分中的数据解析参照 Bluetooth Heart Rate Measurement profilespecifications进行。
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 =http://www.mamicode.com/ 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);}
早在DeviceControlActivity, 这些事件由一个BroadcastReceiver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属性
一旦你的Android应用程序已连接到GATTserver和discoveriable service，它可以读取和写入支持的attributes。例如，通过server的service和characteristic这个片段进行迭代，在UI上显示它们：
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 = http://www.mamicode.com/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 = http://www.mamicode.com/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 = http://www.mamicode.com/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 = http://www.mamicode.com/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 （Notifications）
这是常见的设备上的BLE应用程序要求被通知，当一个特定characteristic改变时。这段代码显示了如何使用 setCharacteristicNotification()方法设置一个Notifications用于characteristic：
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);
一旦启动了属性通知（ notifications for acharacteristic）,如果在远程设备上characteristic 发生改变，onCharacteristicChanged() 回调函数将被启动。
@Override// Characteristic notificationpublic void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) { broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);}
关闭Client应用程序
一旦你的应用程序已经使用BLE装置完成后，应该调用close()，这样系统就可以适当地释放资源：
public void close() { if (mBluetoothGatt == null) { return; } mBluetoothGatt.close(); mBluetoothGatt = null;}
Bluetooth Low Energy——蓝牙低功耗