Android 蓝牙BLE开发详解

由于年初接手了个有关蓝牙BLE的项目，开始了对蓝牙ble的学习，经过长时间的慢慢学习（学得太慢，太拖了），终于了解了该怎么写蓝牙BLE，现在就给大家分享一下。

一、了解蓝牙BLE

1、什么是BLE

首先，我们来了解一下，什么是蓝牙BLE。
BLE的全名是 Bluetooth Low Energy 就是低功耗蓝牙的意思，支持 API18(Android 4.3)及以上的设备。
它的特点有低成本、短距离、可互操作。
通过GATT协议来进行BLE设备之间的通信。

2、BLE的优势

相比于传统蓝牙的高耗能，这个BLE可以说是低耗能至极，一颗纽扣电池都够用一年。所以，现在穿戴设备的流行，离不开BLE的发展。
蓝牙BLE适合传输数据小但实时性要求比较高的设备。比如手环。

3、BLE设备有什么东西

然后，我们来看一看，一个蓝牙设备里面，有哪些东西。

一个BLE终端可以包含多个Service（服务）

一个Service可以包含多个Characteristic（特征）

一个Characteristic包含一个value和多个Descriptor（描述符），一个Descriptor包含一个Value。

其中，我们要注意的是，每一个Service、Characteristic都会有一个uuid，这是一个唯一值，我们接下来的传输数据，将用到这个。每一个Characteristic都有一个Value，我们就是通过改变这个值，来对设备进行交互的。

小总结

这里引用其他文章的总结，来给大家一个更清晰的理解。

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、开始写代码

1、开启权限

和传统蓝牙一样，BLE我们也需要开启权限

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>

在6.0以上的系统，我们要加入获取位置权限，不然，搜索不到ble设备的

<uses-permission-sdk-23 android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION"/>

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="android.hardware.bluetooth_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：

// 检查手机是否支持BLE，不支持则退出
if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {Toast.makeText(this, "您的设备不支持蓝牙BLE，将关闭", Toast.LENGTH_SHORT).show();finish();
}

2、获得BluetoothAdapter

初始化 Bluetooth adapter, 通过蓝牙管理器得到一个参考蓝牙适配器

final BluetoothManager bluetoothManager =(BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

3、判断是否支持蓝牙并提示用户打开蓝牙

if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}

4、提示用户允许获得位置权限

在我们搜索之前，还应当有这么一步，去动态申请位置权限得到位置信息，这样才能搜索到设备。

@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.M)private void initPermission() {if (ContextCompat.checkSelfPermission(MainActivity.this,Manifest.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION)!= PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {//判断是否需要向用户解释为何要此权限if (!ActivityCompat.shouldShowRequestPermissionRationale(MainActivity.this,Manifest.permission.READ_CONTACTS)) {showMessageOKCancel("你必须允许这个权限，否则无法搜索到BLE设备", new DialogInterface.OnClickListener() {@Overridepublic void onClick(DialogInterface dialogInterface, int i) {ActivityCompat.requestPermissions(MainActivity.this,new String[]{Manifest.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION},MY_PERMISSIONS_REQUEST_ACCESS_COARSE_LOCATION);}});return;}//请求权限requestPermissions(new String[]{Manifest.permission.WRITE_CONTACTS},MY_PERMISSIONS_REQUEST_ACCESS_COARSE_LOCATION);}}private void showMessageOKCancel(String message, DialogInterface.OnClickListener okListener) {new AlertDialog.Builder(MainActivity.this).setMessage(message).setPositiveButton("OK", okListener).setNegativeButton("Cancel", okListener).create().show();}@Overridepublic void onRequestPermissionsResult(int requestCode, @NonNull String[] permissions, @NonNull int[] grantResults) {if (requestCode == MY_PERMISSIONS_REQUEST_ACCESS_COARSE_LOCATION) {if (grantResults.length > 0 && grantResults[0] == PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {//用户允许改权限，0表示允许，-1表示拒绝 PERMISSION_GRANTED = 0， PERMISSION_DENIED = -1//这里进行授权被允许的处理//可以弹个Toast，感谢用户爸爸允许了。Toast.makeText(MainActivity.this, "谢谢爸爸", Toast.LENGTH_SHORT).show();} else {//这里进行权限被拒绝的处理，就跳转到本应用的程序管理器Toast.makeText(MainActivity.this, "请开启位置权限", Toast.LENGTH_SHORT).show();Intent i = new Intent("android.settings.APPLICATION_DETAILS_SETTINGS");String pkg = "com.android.settings";String cls = "com.android.settings.applications.InstalledAppDetails";i.setComponent(new ComponentName(pkg, cls));i.setData(Uri.parse("package:" + getPackageName()));startActivity(i);}} else {super.onRequestPermissionsResult(requestCode, permissions, grantResults);}}

我们最终的目标就是让用户同意获取位置权限，当然，还有很多方法可以实现，甚至更简单。

5、搜索设备

好了，经历了漫长的过程，我们来到了搜索设备的时候了。
调用BluetoothAdapter的startLeScan()方法来实现开始搜索。此方法时需要传入 BluetoothAdapter.LeScanCallback参数。搜素到的蓝牙设备都会通过这个回调返回。
注意设定一个搜索时间，超过这个时间后则停止搜索。

 private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;private boolean mScanning;//是否正在搜索private Handler mHandler;//15秒搜索时间private static final long SCAN_PERIOD = 15000;private void scanLeDevice(final boolean enable) {if (enable) {//true//10秒后停止搜索mHandler.postDelayed(new Runnable() {@Overridepublic void run() {mScanning = false;mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);}}, SCAN_PERIOD); mScanning = true;mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback); //开始搜索} else {//falsemScanning = false;mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);//停止搜索}}

相应的BluetoothAdapter.LeScanCallback如下

 private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {@Overridepublic void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {runOnUiThread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//在这里可以把搜索到的设备保存起来      //device.getName();获取蓝牙设备名字//device.getAddress();获取蓝牙设备mac地址//这里的rssi即信号强度，即手机与设备之间的信号强度。}});}};

6、注册广播

在连接前，首先要注册广播。因为在连接后，我们通过广播传递连接状态。

public final static String ACTION_GATT_CONNECTED = "com.charon.www.BleCar.ACTION_GATT_CONNECTED";public final static String ACTION_GATT_DISCONNECTED = "com.charon.www.BleCar.ACTION_GATT_DISCONNECTED";public final static String ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED = "com.charon.www.BleCar.ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED";public final static String ACTION_DATA_AVAILABLE = "com.charon.www.BleCar.ACTION_DATA_AVAILABLE";public final static String READ_RSSI = "com.charon.www.BleCar.READ_RSSI";private static IntentFilter makeGattUpdateIntentFilter() {final IntentFilter intentFilter = new IntentFilter();intentFilter.addAction(BluetoothLeService.ACTION_GATT_CONNECTED);intentFilter.addAction(BluetoothLeService.ACTION_GATT_DISCONNECTED);intentFilter.addAction(BluetoothLeService.ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);intentFilter.addAction(BluetoothLeService.ACTION_DATA_AVAILABLE);intentFilter.addAction(BluetoothLeService.READ_RSSI);return intentFilter;}

在onResume()方法中注册广播，mGattUpdateReceiver为用来处理接收到的广播，就是连接的状态。

registerReceiver(mGattUpdateReceiver, makeGattUpdateIntentFilter());

7、了解BluetoothGatt

在真正的连接前，我们有必要来了解一下BluetoothGatt这个类。
BluetoothGatt这个类是用得最多，也是最重要的一个类了。
该类最主要的有以下几个方法

connect() ：连接远程设备。
discoverServices() : 搜索连接设备所支持的service。
disconnect()：断开与远程设备的GATT连接。
close()：关闭GATT Client端。
readCharacteristic(characteristic) ：读取指定的characteristic。
setCharacteristicNotification(characteristic, enabled) ：设置当指定characteristic值变化时，发出通知。
getServices() ：获取远程设备所支持的services。

8、连接

连接的时候，我们可以通过搜索到的mac地址来进行连接。

public boolean connect(final String address) {//4Log.d(TAG, "连接" + mBluetoothDeviceAddress);if (mBluetoothAdapter == null || address == null) {Log.d(TAG,"BluetoothAdapter不能初始化 or 未知 address.");return false;}// 以前连接过的设备，重新连接if (mBluetoothDeviceAddress != null&& address.equals(mBluetoothDeviceAddress)&& mBluetoothGatt != null) {Log.d(TAG,"尝试使用现在的 mBluetoothGatt连接.");if (mBluetoothGatt.connect()) {mConnectionState = STATE_CONNECTING;return true;} else {return false;}}final BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);if (device == null) {Log.d(TAG, "设备没找到，不能连接");return false;}mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);//真正的连接//这个方法需要三个参数：一个Context对象，自动连接（boolean值,表示只要BLE设备可用是否自动连接到它），和BluetoothGattCallback调用。Log.d(TAG, "尝试新的连接.");mBluetoothDeviceAddress = address;mConnectionState = STATE_CONNECTING;return true;}

BluetoothGattCallback用于传递一些连接状态及结果，在这处理各种连接状态

  private final BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() {@Overridepublic void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,int newState) {String intentAction;Log.d(TAG, "status" + status);if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {//当连接状态发生改变intentAction = ACTION_GATT_CONNECTED;mConnectionState = STATE_CONNECTED;broadcastUpdate(intentAction);//发送广播Log.d(TAG, "连接GATT server");// 连接成功后尝试发现服务//通过mBluetoothGatt.discoverServices()，我们就可以获取到ble设备的所有Services。        gatt.discoverServices();} else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {//当设备无法连接intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED;mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;Log.i(TAG, "断开连接");broadcastUpdate(intentAction);   //发送广播}}@Override// 发现新服务，即调用了mBluetoothGatt.discoverServices()后，返回的数据public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {//得到所有ServiceList<BluetoothGattService> supportedGattServices = gatt.getServices();for (BluetoothGattService gattService : supportedGattServices) {//得到每个Service的CharacteristicsList<BluetoothGattCharacteristic> gattCharacteristics = gattService.getCharacteristics();for (BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic : gattCharacteristics) {int charaProp = gattCharacteristic.getProperties();//所有Characteristics按属性分类if ((charaProp | BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_READ) > 0) {Log.d(TAG, "gattCharacteristic的UUID为:" + gattCharacteristic.getUuid());Log.d(TAG, "gattCharacteristic的属性为:  可读");readUuid.add(gattCharacteristic.getUuid());}if ((charaProp | BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE) > 0) {Log.d(TAG, "gattCharacteristic的UUID为:" + gattCharacteristic.getUuid());Log.d(TAG, "gattCharacteristic的属性为:  可写");writeUuid.add(gattCharacteristic.getUuid());}if ((charaProp | BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY) > 0) {Log.d(TAG, "gattCharacteristic的UUID为:" + gattCharacteristic.getUuid() + gattCharacteristic);Log.d(TAG, "gattCharacteristic的属性为:  具备通知属性");notifyUuid.add(gattCharacteristic.getUuid());}}}broadcastUpdate(ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);} else {Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);}}// 读写特性@Overridepublic void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {}@Overridepublic void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {}//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。@Overridepublic void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic) {}@Overridepublic void onReadRemoteRssi(BluetoothGatt gatt, int rssi, int status) {//mBluetoothGatt.readRemoteRssi()调用得到，rssi即信号强度，做防丢器时可以不断使用此方法得到最新的信号强度，从而得到距离。broadcastUpdate(READ_RSSI);}public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {System.out.println("--------write success----- status:" + status);};};

9、状态处理

我们可以在这里，进行各种更新界面，数据操作。

private final BroadcastReceiver mGattUpdateReceiver = new BroadcastReceiver() {@Overridepublic void onReceive(Context context, Intent intent) {final String action = intent.getAction();//接收广播Log.d(TAG, "action:" + action);if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_CONNECTED.equals(action)) {//做连接后的变化} else if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_DISCONNECTED.equals(action)) {//未连接} else if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED.equals(action)) {Toast.makeText(ControlActivity.this, "发现新services", Toast.LENGTH_SHORT).show();} else if (BluetoothLeService.ACTION_DATA_AVAILABLE.equals(action)) {} else if (BluetoothLeService.READ_RSSI.equals(action)) {}}};

10、操控ble设备

操控前，我们先看一下我们获得了哪些东西？
通过遍历，我们可以得到Service和Characteristic，每个Characteristic都有唯一的uuid和相应属性，如可读、可写、可提醒。
手机来操控BLE设备，就是通过可写的Characteristic，去改变Characteristic下的值，发送Characteristic给设备，设备接收到信号后，就可以进行相应的操作。

BluetoothGatt
我们可以把它看成Android手机与BLE终端设备建立通信的一个管道，只有有了这个管道，我们才有了通信的前提。

BluetoothGattService
蓝牙设备的服务，在这里我们把BluetoothGattService比喻成班级。而Bluetoothdevice我们把它比喻成学校，一个学校里面可以有很多班级，也就是说我们每台BLE终端设备拥有多个服务，班级（各个服务）之间通过UUID（唯一标识符）区别。

BluetoothGattCharacteristic
蓝牙设备所拥有的特征，它是手机与BLE终端设备交换数据的关键，我们做的所有事情，目的就是为了得到它。在这里我们把它比喻成学生，一个班级里面有很多个学生，也就是说我们每个服务下拥有多个特征，学生（各个特征）之间通过UUID（唯一标识符）区别。

现在，我们已经得到了一个可写的Characteristic，我们知道了其uuid。
在相应控制界面，我们可以通过这个uuid，去得到Characteristic，调用 mBluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic)来发送数据。

private ArrayList<ArrayList<BluetoothGattCharacteristic>> mGattCharacteristics = new ArrayList<>();//需要先把可写的Characteristic添加进去
for (int i = 0; i < mGattCharacteristics.size(); i++) {for (int j = 0; j < mGattCharacteristics.get(i).size(); j++) {if (mGattCharacteristics.get(i).get(j).getUuid().toString().equals("0000fff6-0000-1000-8000-00805f9b34fb")) {//对应的uuidcharacteristic = mGattCharacteristics.get(i).get(j);write(characteristic,changeDate("123"));//写入的数据mBluetoothLeService.writeCharacteristic(characteristic);Log.d(TAG, "发送数据成功");}}}

write()方法，其实就是设置characteristic的值

private void write(BluetoothGattCharacteristic characteristic, byte byteArray[]) {characteristic.setValue(byteArray);}private void write(BluetoothGattCharacteristic characteristic, String string) {characteristic.setValue(string);}

三、总结

ok，经过漫长的学习，我们终于可以连接BLE设备并且可以给它发信号了，让我们再来总结一下。

首先，我们要判断手机是否支持BLE，并且获得各种权限，才能让我们之后的程序能正常运行。
然后，我们去搜索BLE设备，得到它的MAC地址。
其次，我们通过这个MAC地址去连接，连接成功后，去遍历得到Characteristic的uuid。
在我们需要发送数据的时候，通过这个uuid找到Characteristic，去设置其值，最后通过writeCharacteristic(characteristic)方法发送数据。
如果我们想知道手机与BLE设备的距离，则可以通过readRemoteRssi()去得到rssi值，通过这个信号强度，就可以换算得到距离。
只要我们连接上，我们就可以用BluetoothGatt的各种方法进行数据的读取等操作。

四、GitHub

这是我写的最近一个用到BLE的项目，传输数据已经写好了。
https://github.com/Charon1997/BleCar

当然了，GitHub上面也有很多很好的库了，大家可以看一看
https://github.com/Jasonchenlijian/FastBle
https://github.com/dingjikerbo/BluetoothKit

五、结语

PS.由于这是我第一次写博客，可能写得并不是很好，也有部分可能没理解透彻，希望大家一起来讨论。
还有连接多个设备的情况还没写，以后再说吧。

感谢以下大神写的博客对我的帮助，大家也可以看一看
Android BLE 开发心得 UUID获取。
Android BLE浅析
手把手教你Android手机与BLE终端通信–搜索
Android BLE蓝牙4.0开发详解
Android 6.0 扫描不到 Ble 设备需开启位置权限