編輯:關於Android編程
Android 4.3(API Level 18)開始引入Bluetooth Low Energy(BLE,低功耗藍牙)的核心功能並提供了相應的API,應用程序通過這些api可以掃描設備、查詢services,讀寫設備的characteristics(屬性特征)。對比傳統的藍牙,BLE的設計能夠顯著減低功耗。這讓Android應用程序與BLE設備之間的低功耗通訊成為可能,例如距離傳感器、心率監視器、健身設備等等。
* Generic Attribute Profile(GATT):GATT profile是一種關於發送和接收簡短數據片段的一般規范,這種簡短數據片段例如在BLE的連接上眾所周知的“attribute(屬性)”等。當前所有低功耗應用程序的profile都基於GATT。另外,藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)已經為很多BLE設備定義了profile。profile就是一種在指定的應用程序中定義設備如何工作的規范。注意,一台設備可以實現多個profile。例如,一台設備可以包含心率監視器和電池電量探測器。
* Attribute Protocol(ATT,屬性協議):GATT構建在ATT的基礎之上,因此也總被成為GATT/ATT。ATT針對BLE設備的運行進行了優化。為此,它會盡可能的使用更少的字節數據。每一個屬性都通過UUID來唯一確定。UUID就是一個標准128位格式的字符串ID,用於唯一確定一個信息。屬性通過ATT協議格式化為characteristics和services後進行傳輸。
* Characteristic:一個characteristic中包含一個值,以及0個或多個用於描述characteristic值的descriptor。可以將characteristic認為是一種類型,類似於一個類。
* Descriptor:Descriptor(描述符)中定義的屬性用於描述一個characteristic值。例如,一個descriptor可以為一個characteristic的值指定一個在可接受范圍內的可讀性描述,或者為一個characteristic的值指定一個計量單位。
* Service:一個service是一個characteristic的集合。例如,你可以持有一個名為“心率監視器”的service,它包含的characteristic例如“心率測量”。你可以在bluetooth.org上找到一系列基於GATT的profile和service。
以下是一台Android設備與BLE設備交互時的一些適用角色和職能:
* 中央設備和外圍設備。這適用於BLE自身的連接。擔任中央設備角色的設備負責掃描和搜索廣告,擔任外圍設備的角色負責發送廣告。
* GATT服務端和GATT客戶端。這取決於兩台設備在建立連接後如何互相通信。
為了理解這之間的區別,想象你有一台Android手機和一台BLE設備作為活動追蹤器。手機將擔任中央設備角色;活動追蹤器將擔任外圍設備角色(你需要具備兩種角色才能建立一個BLE連接,兩者都擔任外圍設備角色不能互相通信,同樣兩者都擔任中央設備角色也不能互相通信)。
一旦手機和活動追蹤器建立連接,它們就可以互相傳輸GATT媒體數據。根據它們傳輸的數據,其中一方需要擔任服務端的角色。例如,如果活動追蹤器想要發送傳感器數據給手機,活動追蹤器就需要擔任服務端的角色。如果活動追蹤器想要接收手機的數據,手機就需要擔任服務端的角色。
在本片文檔的例子中,Android應用程序(運行在Android設備上)是GATT客戶端。應用程序從GATT服務端獲取數據,這個服務端由支持Heart Rate Profile的BLE心率監視器設備擔任。但是你可以交替讓你的Android應用程序扮演GATT服務端的角色。具體參考BluetoothGattService。
為了在你的應用程序中使用Bluetooth的功能,你必須聲明android.permission.BLUETOOTH權限。你需要這個權限來執行一些藍牙通信的操作,例如請求鏈接,接受連接,還有傳輸數據。
如果你想讓你的應用程序進行設備掃描或者管理藍牙設置,你必須同時聲明android.permission.BLUETOOTH_ADMIN權限。注意,如果你使用BLUETOOTH_ADMIN權限,你必須同時聲明BLUETOOTH權限。
在你的應用程序manifest文件中聲明藍牙權限,例如:
如果你想聲明你的應用程序只能在支持BLE的設備上運行,可以將下面聲明包含進你的應用程序manifest文件中:
然而,如果你想讓你的應用程序也能夠在不支持BLE的設備上運行,你就應該將上面標簽中的屬性設置為required="false"。然後在運行的過程中使用PackageManager.hasSystemFeature()方法來判斷設備是否支持BLE:
// 使用下面的方法來確定設備是否支持BLE, 然後你可以選擇禁用BLE的功能 if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) { Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show(); finish(); }
在你的應用程序通過BLE進行通信之前,你需要確認設備是否支持BLE。如果支持,還要再確認是否已經啟用。注意這個檢查步驟只有在
如果不支持BLE,你應該優雅的禁止一些使用BLE的功能。如果支持BLE,但是目前禁用了,那麼你需要在不離開你的應用程序狀態下,請求用戶啟用藍牙用能。這個過程需要使用BluetoothAdapter,分兩個步驟完成:
基本上所有使用藍牙的activity都需要BluetoothAdapter。BluetoothAdapter代表了設備本身的藍牙適配器(藍牙發送接收器)。在整個系統中有一個BluetoothAdapter對象,你的應用程序可以使用這個對象進行交互。下面的代碼片段展示了如果獲取這個適配器。注意下面的這種方法使用getSystemService()方法來獲取一個BluetoothManager實例,之後再通過BluetoothManager獲取BluetoothAdapter。Android 4.3(API Level 18)才開始支持BluetoothManager:
// 初始化藍牙適配器. final BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE); mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
下一步,你需要確保藍牙已經啟動。調用isEnable()方法來檢查藍牙當前是否已經啟用。如果方法返回false,說明藍牙被禁用了。下面的代碼片段中檢查藍牙是否已經啟用。如果沒有啟用,代碼片段會顯示一個錯誤提示用戶去設置中啟用藍牙:
private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter; ... // 確認設備支持藍牙並且已經啟用. 如果沒有, // 顯示一個對話框要求用戶授權啟用藍牙. if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) { Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE); startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT); }
搜索BLE設備,你可以使用startLeScan()方法。這個方法需要一個BluetoothAdapter.LeScanCallback對象作為參數。你必須實現這個callback接口,因為掃描的結果會通過這個接口返回。由於搜索設備是比較耗電的操作,你應該遵循以下指南使用:
* 一旦你找到目標設備,應該馬上停止搜索。
* 不要死循環搜索,並設置搜索的最長時間。一台以前可以訪問的設備可能已經移出了可檢測范圍,繼續掃描只會消耗電量。
下面的代碼片段展示了如何開始和停止搜索:
/** * 掃描和顯示可訪問BLE設備的Activity. */ public class DeviceScanActivity extends ListActivity { private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter; private boolean mScanning; private Handler mHandler; // 10秒鐘後停止掃描. private static final long SCAN_PERIOD = 10000; ... private void scanLeDevice(final boolean enable) { if (enable) { // 在預定義的掃描時間周期後停止掃描. 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); } ... } ... }
如果你只想搜索指定類型的外圍設備,你可以替換成startLeScan(UUID[], BluetoothAdapter.LeScanCallback)方法,並提供一個你的應用程序所支持的GATT服務的UUID對象數組。
下面是一個BluetoothAdapter.LeScanCallback的實現,它是一個用於接收BLE搜索結果的接口:
private LeDeviceListAdapter mLeDeviceListAdapter; ... // 設備搜索回調接口. 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:正如Bluetooth文檔中所描述的,在同一個時間你只能搜索BLE設備或者搜索傳統藍牙設備。你不能同時搜索BLE設備和傳統藍牙設備。
與BLE設備交互的第一步就是要連接上它——更准確的說,是連接設備上的GATT服務。連接BLE設備上的GATT服務,你可以使用connectGatt()方法。這個方法需要三個參數:一個Context對象,autoConnect(一個表示是否當BLE設備可訪問時馬上自動連接的boolean值),還有一個BluetoothGattCallbackduixiang:
mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);
上面的代碼會連接BLE設備管理的GATT服務,並返回一個BluetoothGatt實例,通過這個實例就可以執行GATT客戶端的相關操作。這個調用者(Android應用程序)就是GATT客戶端。裡面的BluetoothGattCallback對象用於交付操作結果給客戶端,例如連接狀態,還有將來一些GATT客戶端操作的結果。
在這個例子中,BLE應用程序提供了一個activity(DeviceControlActivity)來連接、顯示數據,和顯示BLE設備所支持的GATT的service以及characteristic。基於用戶的輸入,這個activity會和一個名為BluetoothLeService的Service通信,這個service通過Android BLE的API與BLE設備進行交互。
// 一個通過Android BLE API與BLE設備進行交互的service. 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 = "com.example.bluetooth.le.EXTRA_DATA"; public final static UUID UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT = UUID.fromString(SampleGattAttributes.HEART_RATE_MEASUREMENT); // BLE API定義的各個回調方法. 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, "連接GATT服務."); Log.i(TAG, "嘗試開始service搜索:" + mBluetoothGatt.discoverServices()); } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) { intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED; mConnectionState = STATE_DISCONNECTED; Log.i(TAG, "斷開GATT server連接."); 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); } } ... }; ... }
當一個特定的的回調方法被調用的時候,它就會適當調用broadcastUpdate()幫助方法並傳遞一個操作標識。注意本節中的數據是根據藍牙心率測量的profile規范解析的:
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); // 按照心率測量的profile進行的特定處理. // 按照麼一個profile規范進行數據解析. 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 { // 針對其他profiles, 將數據格式化為16禁止數據. 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); }
回到DeviceControlActivity,下面的事件通過一個BroadcaseReceiver處理:
// 處理Service發送過來的各種時間. // ACTION_GATT_CONNECTED: 連接上了一個GATT服務. // ACTION_GATT_DISCONNECTED: 斷開了一個GATT服務. // ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED: 發現了GATT服務. // ACTION_DATA_AVAILABLE: 從設備接收到數據. 這裡可能是一個讀取或者通知操作的結果。 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)) { // 顯示所有支持的service和characteristic。 displayGattServices(mBluetoothLeService.getSupportedGattServices()); } else if (BluetoothLeService.ACTION_DATA_AVAILABLE.equals(action)) { displayData(intent.getStringExtra(BluetoothLeService.EXTRA_DATA)); } } };
一旦你的Android應用程序連接上了一個GATT服務並且發現了設備上的service,就可以在支持讀寫的地方讀寫屬性。例如,下面的代碼片段通過迭代服務的service和characteristic,並將它們顯示在界面上:
public class DeviceControlActivity extends Activity { ... // 演示如何迭代所支持的GATT Services/Characteristics. // 在這個例子中,我們填充綁定到ExpandableListView的數據結構。 private void displayGattServices(ListgattServices) { if (gattServices == null) return; String uuid = null; String unknownServiceString = getResources(). getString(R.string.unknown_service); String unknownCharaString = getResources(). getString(R.string.unknown_characteristic); ArrayList > gattServiceData = new ArrayList >(); ArrayList>> gattCharacteristicData = new ArrayList>>(); mGattCharacteristics = new ArrayList>(); // 循環迭代可訪問的GATT Services. for (BluetoothGattService gattService : gattServices) { HashMap currentServiceData = new HashMap (); uuid = gattService.getUuid().toString(); currentServiceData.put( LIST_NAME, SampleGattAttributes. lookup(uuid, unknownServiceString)); currentServiceData.put(LIST_UUID, uuid); gattServiceData.add(currentServiceData); ArrayList > gattCharacteristicGroupData = new ArrayList >(); List gattCharacteristics = gattService.getCharacteristics(); ArrayList charas = new ArrayList (); // 循環迭代可訪問的Characteristics. for (BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic : gattCharacteristics) { charas.add(gattCharacteristic); HashMap currentCharaData = new HashMap (); 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); } ... } ... }
BLE應用程序要求在設備的某個指定characteristic改變的時候接收到通知是很常見。下面的代碼片段展示了如何通過使用setCharacteristicNotification()為一個characteristic設置通知:
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);
一旦為一個characteristic啟用了通知,當遠程設備上的characteristic改變的時候就會觸發onCharacteristicChanged()方法:
@Override // Characteristic notification public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) { broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic); }
一旦你的應用程序使用完BLE設備,你應該調用close()方法,這樣系統才能適當釋放占用的資源:
public void close() { if (mBluetoothGatt == null) { return; } mBluetoothGatt.close(); mBluetoothGatt = null; }
原文地址:http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html
我將模擬器解壓到C:\android-sdk-windows\在C:\android-sdk-windows\platform-tools這個文件夾裡有個a
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