【Android】Android BLE开发

最新推荐文章于 2025-03-01 15:45:37 发布

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分类专栏：项目/竞赛文章标签：安卓蓝牙 BLE Android 低功耗

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Free0easy/article/details/80138624

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即将迈入新阶段，贼开心，总结下。如果有误，麻烦指出。

先看下最终效果（图中的“刷新”只是方便测试，表明从硬件接收到了新的数据包而已）：

1. 功能部分

1.1 BLE简介

核心功能使用的是Android官方提供的BLE SDK。在BLE协议中，有两个角色——周边和中央。周边用来提供数据，中央用来使用数据。在我的应用中，周边即BLE模块，中央即安卓手机。

先介绍2个关键类：

（1）BluetoothGattServer作为周边来提供数据；BluetoothGattServerCallback返回周边的状态。

（2）BluetoothGatt作为中央来使用和处理数据；BluetoothGattCallback返回中央的状态和周边提供的数据。

我们要做的是什么呢？是拿到这个BluetoothGatt！拿到了它，调用API中提供的方法，就可以通过BluetoothGattCallback和周边BluetoothGattServer交互了。

协议、服务(Service)、特征(Characteristic)等基本概念参考

1.2. 详细流程

我把Android蓝牙开发分为3个大步骤：扫描、连接和交互。

(1).声明BLE相关权限。

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

(2).判断设备是否支持BLE，若支持，则获取到设备的蓝牙适配器。

        //检查设备是否支持BLE
        if(!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)){
            Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();
            finish();
        }

        //蓝牙管理器，主要用于获取蓝牙适配器和管理所有和蓝牙相关的东西。
        final BluetoothManager bluetoothManager =
                (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);

        //用蓝牙管理器获得蓝牙适配器，每一台支持蓝牙功能的手机都有一个蓝牙适配器。
        mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

        //检查设备是否支持BLE
        if(mBluetoothAdapter == null){
            Toast.makeText(this, R.string.bluetooth_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();
            finish();
            return;
        }

        //andoird 6.0需要开启定位请求
        mayRequestLocation();

(3).判断当前手机是否已经开启了蓝牙功能，若未开启，提示用户开启蓝牙功能。（跟共享单车APP里的步骤一样一样的）

        //如果当前手机蓝牙未开启，弹出dialog提示用户开启。
        if(!mBluetoothAdapter.isEnabled()){
            if(!mBluetoothAdapter.isEnabled()){
                Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
                startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
            }
        }

(4).扫描周边BLE设备，获取扫描到的设备。

        mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);//扫描很费电，要预设扫描周期，扫描一定周期就停止扫描

            //作为BLE扫描结果的接口，实现如下。
        private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =
            new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
                @Override
                public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
                   ...
                }
            };

(5).调用连接到GATT服务端的方法；

            mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallBack);//这个mBluetoothGatt很关键，后面要调用这个类的方法。

到此为止，已经有了一个成果——已经拿到了BluetoothGatt！！！

(6).连接到GATT服务端成功后，发现服务；发现服务并成功获取服务后，获取特征值，得到属性为Write和Notify的特征值，获取到特征值即代表手机与蓝牙设备连接成功；然后使能属性为Noitfy的特征值，只有使能特征值之后，特征值发生改变，才会马上回调到onCharacteristicChanged()中。

        private final BluetoothGattCallback mGattCallBack = new BluetoothGattCallback() {
            @Override
            public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) { //连接状态改变时候回调到此处
                if(newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED){
                    //连接上之后发现服务
                    mBluetoothGatt.discoverServices();
                    ...
            }

            //发现到服务之后回调到此处
            @Override
            public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
                    //优先根据xxx蓝牙模块的服务UUID来查找服务
                    BluetoothGattService service = gatt.getService(UUID.fromString(BleGattAttributes.BLE_Service));
                    if(service != null){
                        //根据xxx蓝牙模块的特征值UUID来查找特征值
                        mWriteCharacteristic = service.getCharacteristic(UUID.fromString(BleGattAttributes.BLE_Write_Characteristic));
                        mNotifyCharacteristic = service.getCharacteristic(UUID.fromString(BleGattAttributes.BLE_Notify_Characteristic));
                    }
    
                    if(mNotifyCharacteristic != null){
                        //找到特征值才代表连接成功
                        //使能通知，使能属性为Notify的特征值之后，以后特征值改变时候，就会回调到onChracteristicChanged()中。
                        setCharacteristicNotification(mNotifyCharacteristic, true);
                    }
            }

            //读取特征值后回调到此处
            @Override
            public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
                ...
            }

            //特征值发生改变时回调到此处
            @Override
            public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
                ...
            }

            //写入特征值后回调到此处
            @Override
            public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
                ...
            }

        };

(7).接下来手机就可与蓝牙模块交互了。即调用发送函数，向蓝牙模块发送数据包；有数据包返回时候，会回调到onCharactericChanged()中。

        //向蓝牙设备发送数据          
        mWriteCharacteristic.setValue(data);
        mBluetoothGatt.writeCharacteristic(mWriteCharacteristic);

(8).按照协议对收到的数据帧进行解析并显示。我的处理是把解析出来的数据存放到全局变量中，便于在Fragment中使用，然后适配器负责把这些数据与界面联接起来。

(9).数据需要定时更新的情况下，按照一定的周期重复步骤7、8。

1.3 几个注意点：

(1)BLE要求每包数据最多20字节，如果数据量大于20字节，难免要分包发送再拼接下，拼接后再处理。所以BLE更适合小数据量的应用，用来传递音视频的话，可能心会比较累……
(2)我是对拼接后的数据包处理了一下，判断了下拼接后的数据包的正误才处理的（不知道是否必要，不过加了更安全），有空贴出来我的写法。

2. 界面部分

整体采用界面效果跟微信相似，底部导航栏+ViewPager实现了滑动切换Fragment的效果，某些需要显示信息量大的页面采用ListView。

ListView的使用：其中第3、4个页面用的是列表，以第3个页面为例说明ListView的用法。第3个页面中的ListView中要装入的是单体电压数据，但是数组cellVoltage中的数据是无法直接传给ListView的，需要借助适配器来实现。我选择的适配器是ArrayAdapter（因为它可以通过泛型来指定要适配的数据类型），在构造适配器对象时候，将要用的列表样式和数据源作为参数传递进去。然后，将实例化出来的列表对象和构造出来的适配器关联在一起。Ok啦。

ViewPager的使用：ViewPager是一个页面切换的组件，可以往里面填充多个View，通过触摸屏左右滑动来切换不同的View。和ListView一样，需要一个适配器（适配器的作用：将复杂的数据填充在指定视图界上，数据源多种多样，而ListView等组件显示数据的格式是有要求的，适配器就是桥梁），将要显示的View和我们的ViewPager进行绑定，而ViewPager有自己特定的Adapter—PagerAdapter。ViewPager实现

3. 遇到的坑：

功能部分，上下位机数据交互时候（上位机指手机，下位机指带有BLE模块的硬件系统），读到的数据比较混乱，没有按照请求的包的顺序来收发。经过debug单步调试，找到了原因：在上下位机数据交互时，数据的载体是一个叫做“特征值”的东西（基本概念的介绍有空再加上），上下发送数据时候，都会改动这个特征值，两方同时操作一个特征值，不出现混乱才奇怪呢。解决方法是：当收到了下位机回复的第i包数据时候，上再向下要第i+1包数据，具体来说是这样的顺序：（假设一次数据更新分为了5包数据）上向下发送命令包1——>下向上回复数据包1——>上向下发送命令包2——>下向上回复数据包2——>…——>上向下发送命令包5——>下向上回复数据包5。严格控制这样的顺序，保证了每个时刻，上位机和下位机只有一个在操作特征值。
界面部分，左右滑动来切换页面的功能最初用了一个库，但是实验过程中发现，当数据刷新频率很快且左右滑动频率很快时候，边缘的页面（最靠右边的或者倒数第二个）就会崩溃。原因我认为在于库中对ViewPager的缓存机制用得不好。（ViewPager的缓存机制：ViewPager不仅会缓存当前页、还会缓存前一页和后一页，比如当前位于第2页，就会缓存第1、2、3页；比如当前位于第4页时候，缓存的是3和4）。后来我就索性自己实现了下这个功能。