关键术语和概念


  • Generic Attribute Profile（GATT）—GATT配置文件是一个通用规范，用于在BLE链路上发送和接收被称为“属性”的数据块。目前所有的BLE应用都基于GATT。 蓝牙SIG规定了许多低功耗设备的配置文件。配置文件是设备如何在特定的应用程序中工作的规格说明。注意一个设备可以实现多个配置文件。例如，一个设备可能包括心率监测仪和电量检测。
  • Attribute Protocol（ATT）—GATT在ATT协议基础上建立，也被称为GATT/ATT。ATT对在BLE设备上运行进行了优化，为此，它使用了尽可能少的字节。每个属性通过一个唯一的的统一标识符（UUID）来标识，每个String类型UUID使用128 bit标准格式。属性通过ATT被格式化为characteristics和services。
  • Characteristic 一个characteristic包括一个单一变量和0-n个用来描述characteristic变量的descriptor，characteristic可以被认为是一个类型，类似于类。
  • Descriptor Descriptor用来描述characteristic变量的属性。例如，一个descriptor可以规定一个可读的描述，或者一个characteristic变量可接受的范围，或者一个characteristic变量特定的测量单位。
  • Service service是characteristic的集合。例如，你可能有一个叫“Heart Rate Monitor(心率监测仪)”的service，它包括了很多characteristics，如“heart rate measurement(心率测量)”等。你可以在​​bluetooth.org​​ 找到一个目前支持的基于GATT的配置文件和服务列表。

角色和责任

以下是Android设备与BLE设备交互时的角色和责任：

  • 中央 VS 外围设备。 适用于BLE连接本身。中央设备扫描，寻找广播；外围设备发出广播。
  • GATT 服务端 VS GATT 客户端。决定了两个设备在建立连接后如何互相交流。

为了方便理解，想象你有一个Android手机和一个用于活动跟踪BLE设备，手机支持中央角色，活动跟踪器支持外围（为了建立BLE连接你需要注意两件事，只支持外围设备的两方或者只支持中央设备的两方不能互相通信）。

当手机和运动追踪器建立连接后，他们开始向另一方传输GATT数据。哪一方作为服务器取决于他们传输数据的种类。例如，如果运动追踪器想向手机报告传感器数据，运动追踪器是服务端。如果运动追踪器更新来自手机的数据，手机会作为服务端。

在这份文档的例子中，android app(运行在android设备上）作为GATT客户端。app从gatt服务端获得数据，gatt服务端即支持Heart Rate Profile(心率配置）的BLE心率监测仪。但是你可以自己设计android app去扮演GATT服务端角色。更多信息见​​BluetoothGattServer​​。

BLE权限


为了在app中使用蓝牙功能，必须声明蓝牙权限​​BLUETOOTH​​。利用这个权限去执行蓝牙通信，例如请求连接、接受连接、和传输数据。

如果想让你的app启动设备发现或操纵蓝牙设置，必须声明​​BLUETOOTH_ADMIN​​权限。注意：如果你使用​​BLUETOOTH_ADMIN​​权限，你也必须声明​​BLUETOOTH​​权限。

在你的app manifest文件中声明蓝牙权限。


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


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


如果想声明你的app只为具有BLE的设备提供，在manifest文件中包括：


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<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>


但是如果想让你的app提供给那些不支持BLE的设备，需要在manifest中包括上面代码并设置​​required="false"​​，然后在运行时可以通过使用​​PackageManager.hasSystemFeature()​​确定BLE的可用性。


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// 使用此检查确定BLE是否支持在设备上，然后你可以有选择性禁用BLE相关的功能


if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {


Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();


finish();


}


设置BLE


你的app能与BLE通信之前，你需要确认设备是否支持BLE，如果支持，确认已经启用。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部分BLE功能。如果支持BLE但被禁用，你可以无需离开应用程序而要求用户启动蓝牙。使用​​BluetoothAdapter​​两步完成该设置。

  2. 获取 BluetoothAdapter
    所有的蓝牙活动都需要蓝牙适配器。BluetoothAdapter代表设备本身的蓝牙适配器(蓝牙无线）。整个系统只有一个蓝牙适配器，而且你的app使用它与系统交互。下面的代码片段显示了如何得到适配器。注意该方法使用getSystemService（）]返回BluetoothManager，然后将其用于获取适配器的一个实例。Android 4.3（API 18）引入BluetoothManager。


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// 初始化蓝牙适配器


final BluetoothManager bluetoothManager =


(BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);


mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();


  2. 开启蓝牙
    接下来，你需要确认蓝牙是否开启。调用isEnabled())去检测蓝牙当前是否开启。如果该方法返回false,蓝牙被禁用。下面的代码检查蓝牙是否开启，如果没有开启，将显示错误提示用户去设置开启蓝牙。


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// 确保蓝牙在设备上可以开启


if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {


Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);


startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);


}


发现BLE设备


为了发现BLE设备，使用​​startLeScan()​​)方法。这个方法需要一个参数​​BluetoothAdapter.LeScanCallback​​。你必须实现它的回调函数，那就是返回的扫描结果。因为扫描非常消耗电量，你应当遵守以下准则：

  • 只要找到所需的设备，停止扫描。
  • 不要在循环里扫描，并且对扫描设置时间限制。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。

下面代码显示了如何开始和停止一个扫描：


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/**


* 扫描和显示可以提供的蓝牙设备.


*/


public class DeviceScanActivity extends ListActivity {


 


private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;


private boolean mScanning;


private Handler mHandler;


 


// 10秒后停止寻找.


private static final long SCAN_PERIOD = 10000;


...


private void scanLeDevice(final boolean enable) {


if (enable) {


// 经过预定扫描期后停止扫描


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);


}


...


}


...


}


如果你只想扫描指定类型的外围设备，可以改为调用​​startLeScan(UUID[], BluetoothAdapter.LeScanCallback)​​),需要提供你的app支持的GATT services的UUID对象数组。

作为BLE扫描结果的接口，下面是BluetoothAdapter.LeScanCallback的实现。


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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：只能扫描BLE设备或者扫描传统蓝牙设备，不能同时扫描BLE和传统蓝牙设备。

连接到GATT服务端


与一个BLE设备交互的第一步就是连接它——更具体的，连接到BLE设备上的GATT服务端。为了连接到BLE设备上的GATT服务端，需要使用connectGatt( )方法。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。


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mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);


连接到GATT服务端时，由BLE设备做主机，并返回一个BluetoothGatt实例，然后你可以使用这个实例来进行GATT客户端操作。请求方（Android app)是GATT客户端。BluetoothGattCallback用于传递结果给用户，例如连接状态，以及任何进一步GATT客户端操作。

在这个例子中，这个BLE APP提供了一个activity（DeviceControlActivity)来连接，显示数据，显示该设备支持的GATT services和characteristics。根据用户的输入，这个activity与BluetoothLeService通信，通过Android BLE API实现与BLE设备交互。


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//通过BLE API服务端与BLE设备交互


public class BluetoothLeService extends Service {


private final static String TAG = BluetoothLeService.class.getSimpleName();


 


private BluetoothManager mBluetoothManager; //蓝牙管理器


private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter; //蓝牙适配器


private String mBluetoothDeviceAddress; //蓝牙设备地址


private BluetoothGatt mBluetoothGatt;


private int mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;


 


private static final int STATE_DISCONNECTED = 0; //设备无法连接


private static final int STATE_CONNECTING = 1; //设备正在连接状态


private static final int STATE_CONNECTED = 2; //设备连接完毕


 


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 =


"com.example.bluetooth.le.EXTRA_DATA";


 


public final static UUID UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT =


UUID.fromString(SampleGattAttributes.HEART_RATE_MEASUREMENT);


 


//通过BLE API的不同类型的回调方法


private final BluetoothGattCallback mGattCallback =


new BluetoothGattCallback() {


@Override


public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,


int newState) {//当连接状态发生改变


String intentAction;


if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {//当蓝牙设备已经连接


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) {//当设备无法连接


intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED;


mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;


Log.i(TAG, "Disconnected from GATT server.");


broadcastUpdate(intentAction);


}


}


 


@Override


// 发现新服务端


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


// 读写特性


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的时候，它会调用相应的broadcastUpdate()辅助方法并且传递给它一个action。注意在该部分中的数据解析按照蓝牙心率测量配置文件规格进行。


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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);


 


// 这是心率测量配置文件。


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 {


// 对于所有其他的配置文件，用十六进制格式写数据


final byte[] data = 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);


}


返回DeviceControlActivity, 这些事件由一个BroadcastReceiver来处理:


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// 通过服务控制不同的事件


// ACTION_GATT_CONNECTED: 连接到GATT服务端


// ACTION_GATT_DISCONNECTED: 未连接GATT服务端.


// ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED: 未发现GATT服务.


// ACTION_DATA_AVAILABLE: 接受来自设备的数据，可以通过读或通知操作获得。


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)) {


// 在用户接口上展示所有的services and characteristics


displayGattServices(mBluetoothLeService.getSupportedGattServices());


} else if (BluetoothLeService.ACTION_DATA_AVAILABLE.equals(action)) {


displayData(intent.getStringExtra(BluetoothLeService.EXTRA_DATA));


}


}


};


读取BLE变量


你的android app完成与GATT服务端连接和发现services后，就可以读写支持的属性。例如，这段代码通过服务端的services和 characteristics迭代，并且将它们显示在UI上。


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public class DeviceControlActivity extends Activity {


...


// 演示如何遍历支持GATT Services/Characteristics


// 这个例子中，我们填充绑定到UI的ExpandableListView上的数据结构


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>>();


 


// 循环可用的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>();


// 循环可用的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);


}


...


}


...


}


接收GATT通知


当设备上的特性改变时会通知BLE应用程序。这段代码显示了如何使用setCharacteristicNotification( )给一个特性设置通知。


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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);


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。


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@Override


// 广播更新


public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,


BluetoothGattCharacteristic characteristic) {


broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);


}


关闭客户端App


当你的app完成BLE设备的使用后，应该调用​​close( )​​)，系统可以合理释放占用资源。


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public void close() {


if (mBluetoothGatt == null) {


return;


}


mBluetoothGatt.close();


mBluetoothGatt = null;


}