Android 蓝牙开发(一) – 传统蓝牙聊天室
Android 蓝牙开发(三) – 低功耗蓝牙开发
项目工程BluetoothDemo

前面已经学习了经典蓝牙开发，学习了蓝牙的配对连接和通信，又通过配置 A2DP 文件，实现手机和蓝牙音响的连接和播放语音。

这篇，我们来学习蓝牙开发的最后一章，低功耗蓝牙 BLE，也就是我们常说的蓝牙 4.0 。
今天要完成的效果如下：

中心设备	外围设备

一. 简介

与传统蓝牙不同，低功耗蓝主要为了降低设备功耗，支持更低功耗(如心率检测仪，健身设备)等设备进行通信。

Android 在 4.3(API 18) 后将低功耗蓝牙内置，并提供对应的 API，以便于应用发现设备，查询服务和传输信息

1.1 相关概念

低功耗蓝牙有两个角色，分别是中心设备和外围设备

外围设备：指功耗更低的设备，会不断的发出广播，直到与中心设备连接
中心设备：可以进行扫描，寻找外设广播，并从广播中拿到数据

一般我们的手机会充当中心设备，去搜索周围外设的广播，比如健康设备等，然后健康设备就是外围设备，一直发广播，直到中心设备连接上。在Android 5.0 后，手机也可以充当外围设备。

1.2 关键术语

关于 BLE 的关键术语如下：

通用属性配置文件(GATT) : GATT 配置文件是一种通用规范，内容主要针对的是 BLE 通信读写时的简短的数据片段，目前 BLE 的通信均以 GATT 为基础
属性协议(ATT) ： ATT 是 GATT 的基础，由它来传输属性和特征服务，这些属性都有一个特定的 UUID来作为唯一标识，为通信的基础。
GATT Service ：通常中心设备与外围设备要进行，首先要知道服务的 UUID，并与之建立通信，然后通过特征和描述符等进行数据通信，这些等后面我们再来理解

二. 权限配置

首先，你需要使用 BLUETOOTH 的权限，考虑到 LE 信标通常与位置相关联，还须声明 ACCESS_FINE_LOCATION 权限。没有此权限，扫描将无法返回任何结果。

注意：如果您的应用适配 Android 9（API 级别 28）或更低版本，则您可以声明 ACCESS_COARSE_LOCATION 权限而非 ACCESS_FINE_LOCATION 权限。

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/><!-- If your app targets Android 9 or lower, you can declareACCESS_COARSE_LOCATION instead. -->
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />

注意！Android 10 需要你开启gps，否则蓝牙不可用

如果你想要你的设备只支持 BLE ，还可以有以下神明：

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/><!-- If your app targets Android 9 or lower, you can declareACCESS_COARSE_LOCATION instead. -->
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />

如果设置 required=“false”，你也可以在运行时使用 PackageManager.hasSystemFeature() 确定 BLE 的可用性：

private fun PackageManager.missingSystemFeature(name: String): Boolean = !hasSystemFeature(name)
...packageManager.takeIf { it.missingSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE) }?.also {Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show()finish()
}

三. 查找 BLE 设备

关于蓝牙的开启，请参考 Android 蓝牙开发(一) – 传统蓝牙聊天室

要查找 BLE 设备，在 5.0 之前，使用 startLeScan() 方法，它会返回当前设备和外设的广播数据。不过在 5.0 之后，使用 startScan() 去扫描，这里为了方便手机充当外围设备，统一使用 5.0 之后的方法。

而扫描是耗时的，我们应该在扫描到想要的设备后就立即停止或者在规定时间内停止，扫描代码如下：

fun scanDev(callback: BleDevListener) {devCallback = callbackif (isScanning) {return}//扫描设置val builder = ScanSettings.Builder()/*** 三种模式* - SCAN_MODE_LOW_POWER : 低功耗模式，默认此模式，如果应用不在前台，则强制此模式* - SCAN_MODE_BALANCED ： 平衡模式，一定频率下返回结果* - SCAN_MODE_LOW_LATENCY 高功耗模式，建议应用在前台才使用此模式*/.setScanMode(ScanSettings.SCAN_MODE_LOW_LATENCY)//高功耗，应用在前台if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.M) {/*** 三种回调模式* - CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHED : 寻找符合过滤条件的广播，如果没有，则返回全部广播* - CALLBACK_TYPE_FIRST_MATCH : 仅筛选匹配第一个广播包出发结果回调的* - CALLBACK_TYPE_MATCH_LOST : 这个看英文文档吧，不满足第一个条件的时候，不好解释*/builder.setCallbackType(ScanSettings.CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHES)}//判断手机蓝牙芯片是否支持皮批处理扫描if (bluetoothAdapter.isOffloadedFilteringSupported) {builder.setReportDelay(0L)}isScanning = true//扫描是很耗电的，所以，我们不能持续扫描handler.postDelayed({bluetoothAdapter.bluetoothLeScanner?.stopScan(scanListener)isScanning = false;}, 3000)bluetoothAdapter.bluetoothLeScanner?.startScan(null, builder.build(), scanListener)//过滤特定的 UUID 设备//bluetoothAdapter?.bluetoothLeScanner?.startScan()}}

可以看到，在 5.0 之后可以通过 ScanSettings 进行扫描的一些设备，比如设置扫描模式 setScanMode ，在 startScan() 中，也可以过滤自己的 UUID，从而省去一些时间。接着在扫描回调中，把能获取名字的设备通过回调给 recyclerview 去回调。

 private val scanListener = object : ScanCallback() {override fun onScanResult(callbackType: Int, result: ScanResult?) {super.onScanResult(callbackType, result)//不断回调，所以不建议做复杂的动作result ?: returnresult.device.name ?: returnval bean = BleData(result.device, result.scanRecord.toString())devCallback?.let {it(bean)}}

效果如下：

四. 手机充当外围设备(服务端)

上面说到，Android 5.0 之后，手机也能充当外围设备，这里我们也来实践一下；

首先，Android要完成一个外围设备，需要完成以下步骤：

编写广播设置，比如发送实践，发送功率等
编写广播数据，这个是需要的，需要设置 service 的uuid，或者显示名字等
编写扫描广播(可选)，这个广播当中心设备扫描时，数据能被接受的广播，通常我们会在这里编写一些厂商数据
添加 Gatt service ，用来跟中心设备通信

4.1 广播设置

在发送广播之前，我们可以先对广播进行一些配置：

 /*** GAP广播数据最长只能31个字节，包含两中： 广播数据和扫描回复* - 广播数据是必须的，外设需要不断发送广播，让中心设备知道* - 扫描回复是可选的，当中心设备扫描到才会扫描回复* 广播间隔越长，越省电*///广播设置val advSetting = AdvertiseSettings.Builder()//低延时，高功率，不使用后台.setAdvertiseMode(AdvertiseSettings.ADVERTISE_MODE_LOW_LATENCY)// 高的发送功率.setTxPowerLevel(AdvertiseSettings.ADVERTISE_TX_POWER_HIGH)// 可连接.setConnectable(true)//广播时限。最多180000毫秒。值为0将禁用时间限制。（不设置则为无限广播时长）.setTimeout(0).build()

可以看到，这里设置成可连接广播，且广播模式设置为 SCAN_MODE_LOW_LATENCY 高功耗模式，它共有三种模式：

SCAN_MODE_LOW_POWER : 低功耗模式，默认此模式，如果应用不在前台，则强制此模式
SCAN_MODE_BALANCED ：平衡模式，一定频率下返回结果
SCAN_MODE_LOW_LATENCY 高功耗模式，建议应用在前台才使用此模式

发送功率也是可选的：

使用高TX功率级别进行广播：AdvertiseSettings#ADVERTISE_TX_POWER_HIGH
使用低TX功率级别进行广播：AdvertiseSettings#ADVERTISE_TX_POWER_LOW
使用中等TX功率级别进行广播：AdvertiseSettings#ADVERTISE_TX_POWER_MEDIUM
使用最低传输（TX）功率级别进行广播：AdvertiseSettings#ADVERTISE_TX_POWER_ULTRA_LOW

4.2 配置发送广播数据

接着，是广播数据包：

 //设置广播包，这个是必须要设置的val advData = AdvertiseData.Builder().setIncludeDeviceName(true) //显示名字.setIncludeTxPowerLevel(true)//设置功率.addServiceUuid(ParcelUuid(BleBlueImpl.UUID_SERVICE)) //设置 UUID 服务的 uuid.build()

比较好理解，让广播显示手机蓝牙名字，并设置服务的 UUID

4.3 配置扫描广播(可选)

扫描广播是当中心设备在扫描时，能够显示出来的广播，它可以添加一些必要数据，如厂商数据，服务数据等，注意！与上面的广播一样，不能超过31个字节。

//测试 31bitval byteData = byteArrayOf(-65, 2, 3, 6, 4, 23, 23, 9, 9,9,1, 2, 3, 6, 4, 23, 23, 9, 9, 8,23,23,23)//扫描广播数据（可不写，客户端扫描才发送）val scanResponse = AdvertiseData.Builder()//设置厂商数据.addManufacturerData(0x19, byteData).build()

最后，使用 startAdvertising() 就可以开始发送广播了：

val bluetoothLeAdvertiser = bluetoothAdapter?.bluetoothLeAdvertiser//开启广播,这个外设就开始发送广播了bluetoothLeAdvertiser?.startAdvertising(advSetting,advData,scanResponse,advertiseCallback)

使用去监听广播开启成功与否：

    private val advertiseCallback = object : AdvertiseCallback() {override fun onStartSuccess(settingsInEffect: AdvertiseSettings?) {super.onStartSuccess(settingsInEffect)logInfo("服务准备就绪，请搜索广播")}override fun onStartFailure(errorCode: Int) {super.onStartFailure(errorCode)if (errorCode == ADVERTISE_FAILED_DATA_TOO_LARGE) {logInfo("广播数据超过31个字节了 !")} else {logInfo("服务启动失败: $errorCode")}}}

此时，你去搜索，就能搜到你手机的蓝牙名称和对应的广播数据了。

4.4 Gatt Service

但如果外围设备想要与中心设备通信，还需要启动 Gatt service 才行，上面说到，启动Service 时，我们需要配置特征 Characteristic 和 描述符 Descriptor，这里我们来解释以下。

4.3 特征 Characteristic

Characteristic 是Gatt通信最小的逻辑单元，一个 characteristic 包含一个单一 value 变量和 0-n个用来描述 characteristic 变量的描述符 Descriptor。与 service 相似，每个 characteristic 用 16bit或者32bit的uuid作为标识，实际的通信中，也是通过 Characteristic 进行读写通信的。

所以为了方便通信，这里我们要添加读写的 Characteristic。

//添加读+通知的 GattCharacteristicval readCharacteristic = BluetoothGattCharacteristic(BleBlueImpl.UUID_READ_NOTIFY,BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_READ or BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY,BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_READ)//添加写的 GattCharacteristicval writeCharacteristic = BluetoothGattCharacteristic(BleBlueImpl.UUID_WRITE,BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE,BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_WRITE)

描述符 Descriptor

它的定义就是描述 GattCharacteristic 值已定义的属性，比如指定可读的属性，可接受范围等，比如为写的特征添加描述符：

 //添加 Descriptor 描述符val descriptor =BluetoothGattDescriptor(BleBlueImpl.UUID_DESCRIBE,BluetoothGattDescriptor.PERMISSION_WRITE)//为特征值添加描述writeCharacteristic.addDescriptor(descriptor)

接着，把特征添加到服务中，并使用openGattServer() 去打开 Gatt 服务：

/*** 添加 Gatt service 用来通信*///开启广播service，这样才能通信，包含一个或多个 characteristic ，每个service 都有一个 uuid
val gattService =BluetoothGattService(BleBlueImpl.UUID_SERVICE,BluetoothGattService.SERVICE_TYPE_PRIMARY)
gattService.addCharacteristic(readCharacteristic)
gattService.addCharacteristic(writeCharacteristic)val bluetoothManager = getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE) as BluetoothManager
//打开 GATT 服务，方便客户端连接
mBluetoothGattServer = bluetoothManager.openGattServer(this, gattServiceCallbak)
mBluetoothGattServer?.addService(gattService)

代码比较简单，接着就可以使用 gattServiceCallbak 去监听数据成功与读写的数据了：

    private val gattServiceCallbak = object : BluetoothGattServerCallback() {override fun onConnectionStateChange(device: BluetoothDevice?, status: Int, newState: Int) {super.onConnectionStateChange(device, status, newState)device ?: returnLog.d(TAG, "zsr onConnectionStateChange: ")if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS && newState == 2) {logInfo("连接到中心设备: ${device?.name}")} else {logInfo("与: ${device?.name} 断开连接失败！")}}...

五. 中心设备连接外设(客户端)

上面已经配置了服务端的代码，接着，通过扫描到的广播，使用 BluetoothDevice 的 connectGatt() 方法，来连接 GATT 服务：

 override fun onItemClick(adapter: BaseQuickAdapter<*, *>, view: View, position: Int) {//连接之前先关闭连接closeConnect()val bleData = mData[position]blueGatt = bleData.dev.connectGatt(this, false, blueGattListener)logInfo("开始与 ${bleData.dev.name} 连接.... $blueGatt")}

此时，如果你的配置没有出错的话，就可以通过 BluetoothGattCallback 回调连接到设备了：

private val blueGattListener = object : BluetoothGattCallback() {override fun onConnectionStateChange(gatt: BluetoothGatt?, status: Int, newState: Int) {super.onConnectionStateChange(gatt, status, newState)val device = gatt?.deviceif (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED){isConnected = true//开始发现服务，有个小延时，最后200ms后尝试发现服务handler.postDelayed({gatt?.discoverServices()},300)device?.let{logInfo("与 ${it.name} 连接成功!!!")}}else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED){isConnected = falselogInfo("无法与 ${device?.name} 连接: $status")closeConnect()}}override fun onServicesDiscovered(gatt: BluetoothGatt?, status: Int) {super.onServicesDiscovered(gatt, status)// Log.d(TAG, "zsr onServicesDiscovered: ${gatt?.device?.name}")val service = gatt?.getService(BleBlueImpl.UUID_SERVICE)mBluetoothGatt = gattlogInfo("已连接上 GATT 服务，可以通信! ")}

代码应该好看懂，就是 onConnectionStateChange() 中的 newState 为 BluetoothProfile.STATE_CONNECTED 时，表示已经连接上了，这个时候，尝试去发现这个服务，如果也能回调 onServicesDiscovered() 方法，则证明此时 GATT 服务已经成功建立，可以进行通信了。

5.1 读数据

此时就可以来读取外围设备的数据，这个数据是外围设备给中心设备去读的，所以，外围设备的读回调是这样的：

外围设备的BluetoothGattServerCallback

        override fun onDescriptorReadRequest(device: BluetoothDevice?,requestId: Int,offset: Int,descriptor: BluetoothGattDescriptor?) {super.onDescriptorReadRequest(device, requestId, offset, descriptor)val data = "this is a test"mBluetoothGattServer?.sendResponse(device, requestId, BluetoothGatt.GATT_SUCCESS,offset, data.toByteArray())logInfo("客户端读取 [descriptor ${descriptor?.uuid}] $data")}

很简单，就是发送一个 "this is a test " 的字符传

中心设备读

 /*** 读数据*/fun readData(view: View) {//找到 gatt 服务val service = getGattService(BleBlueImpl.UUID_SERVICE)if (service != null) {val characteristic =service.getCharacteristic(BleBlueImpl.UUID_READ_NOTIFY) //通过UUID获取可读的CharacteristicmBluetoothGatt?.readCharacteristic(characteristic)}}// 获取Gatt服务private fun getGattService(uuid: UUID): BluetoothGattService? {if (!isConnected) {Toast.makeText(this, "没有连接", Toast.LENGTH_SHORT).show()return null}val service = mBluetoothGatt?.getService(uuid)if (service == null) {Toast.makeText(this, "没有找到服务", Toast.LENGTH_SHORT).show()}return service}

如果找得到 GATT 服务，则通过 getCharacteristic() 拿到 GATT 通信的最小单元 Characteristic，通过 mBluetoothGatt?.readCharacteristic(characteristic) 读取数据，这样就会在 BluetoothGattCallback回调的 onCharacteristicRead 拿到数据：

override fun onCharacteristicRead(gatt: BluetoothGatt?,characteristic: BluetoothGattCharacteristic?,status: Int) {super.onCharacteristicRead(gatt, characteristic, status)characteristic?.let {val data = String(it.value)logInfo("CharacteristicRead 数据: $data")}}

同理写也一样，这样我们的 BLE 低功耗蓝牙就学习结束了

参考：
https://www.jianshu.com/p/d273e46f47b1
https://developer.android.google.cn/guide/topics/connectivity/bluetooth-le

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