自由手記

如果還有同學不知道藍牙4.0可以做什麽請查看Android+藍牙 4.0 將帶來什麽？，現在可以穿戴設備也大多用的是藍牙4.0，如 智能體質秤，智能手環，智能血壓計等等。

原文地址：http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html

安卓4.3(API 18)為BLE的核心功能提供平臺支持和API，App可以利用它來發現設備、查詢服務和讀寫特性。相比傳統的藍牙，BLE更顯著的特點是低功耗。這一優點使android App可以與具有低功耗要求的BLE設備通信，如近距離傳感器、心臟速率監視器、健身設備等。

關鍵術語和概念

Generic Attribute Profile（GATT）—GATT配置文件是一個通用規範，用於在BLE鏈路上發送和接收被稱為“屬性”的數據塊。目前所有的BLE應用都基於GATT。 藍牙SIG規定了許多低功耗設備的配置文件。配置文件是設備如何在特定的應用程序中工作的規格說明。註意一個設備可以實現多個配置文件。例如，一個設備可能包括心率監測儀和電量檢測。
Attribute Protocol（ATT）—GATT在ATT協議基礎上建立，也被稱為GATT/ATT。ATT對在BLE設備上運行進行了優化，為此，它使用了盡可能少的字節。每個屬性通過一個唯一的的統一標識符（UUID）來標識，每個String類型UUID使用128 bit標準格式。屬性通過ATT被格式化為characteristics和services。
Characteristic 一個characteristic包括一個單一變量和0-n個用來描述characteristic變量的descriptor，characteristic可以被認為是一個類型，類似於類。
Descriptor Descriptor用來描述characteristic變量的屬性。例如，一個descriptor可以規定一個可讀的描述，或者一個characteristic變量可接受的範圍，或者一個characteristic變量特定的測量單位。
Service service是characteristic的集合。例如，你可能有一個叫“Heart Rate Monitor(心率監測儀)”的service，它包括了很多characteristics，如“heart rate measurement(心率測量)”等。你可以在bluetooth.org 找到一個目前支持的基於GATT的配置文件和服務列表。
角色和責任

以下是Android設備與BLE設備交互時的角色和責任：

中央 VS 外圍設備。 適用於BLE連接本身。中央設備掃描，尋找廣播；外圍設備發出廣播。
GATT 服務端 VS GATT 客戶端。決定了兩個設備在建立連接後如何互相交流。
為了方便理解，想象你有一個Android手機和一個用於活動跟蹤BLE設備，手機支持中央角色，活動跟蹤器支持外圍（為了建立BLE連接你需要註意兩件事，只支持外圍設備的兩方或者只支持中央設備的兩方不能互相通信）。

當手機和運動追蹤器建立連接後，他們開始向另一方傳輸GATT數據。哪一方作為服務器取決於他們傳輸數據的種類。例如，如果運動追蹤器想向手機報告傳感器數據，運動追蹤器是服務端。如果運動追蹤器更新來自手機的數據，手機會作為服務端。

在這份文檔的例子中，android app(運行在android設備上）作為GATT客戶端。app從gatt服務端獲得數據，gatt服務端即支持Heart Rate Profile(心率配置）的BLE心率監測儀。但是你可以自己設計android app去扮演GATT服務端角色。更多信息見BluetoothGattServer。

BLE權限

為了在app中使用藍牙功能，必須聲明藍牙權限BLUETOOTH。利用這個權限去執行藍牙通信，例如請求連接、接受連接、和傳輸數據。

如果想讓你的app啟動設備發現或操縱藍牙設置，必須聲明BLUETOOTH_ADMIN權限。註意：如果你使用BLUETOOTH_ADMIN權限，你也必須聲明BLUETOOTH權限。

在你的app manifest文件中聲明藍牙權限。

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
如果想聲明你的app只為具有BLE的設備提供，在manifest文件中包括：

<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>
但是如果想讓你的app提供給那些不支持BLE的設備，需要在manifest中包括上面代碼並設置required="false"，然後在運行時可以通過使用PackageManager.hasSystemFeature()確定BLE的可用性。

<span style="font-size:14px;font-weight: normal;">// 使用此檢查確定BLE是否支持在設備上，然後你可以有選擇性禁用BLE相關的功能
if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();
finish();
}</span>

設置BLE

你的app能與BLE通信之前，你需要確認設備是否支持BLE，如果支持，確認已經啟用。註意如果<uses-feature.../>設置為false，這個檢查才是必需的。

如果不支持BLE，那麽你應該適當地禁用部分BLE功能。如果支持BLE但被禁用，你可以無需離開應用程序而要求用戶啟動藍牙。使用BluetoothAdapter兩步完成該設置。

獲取 BluetoothAdapter

所有的藍牙活動都需要藍牙適配器。BluetoothAdapter代表設備本身的藍牙適配器(藍牙無線）。整個系統只有一個藍牙適配器，而且你的app使用它與系統交互。下面的代碼片段顯示了如何得到適配器。註意該方法使用getSystemService（）]返回BluetoothManager，然後將其用於獲取適配器的一個實例。Android 4.3（API 18）引入BluetoothManager。

// 初始化藍牙適配器
final BluetoothManager bluetoothManager =
(BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
開啟藍牙

接下來，你需要確認藍牙是否開啟。調用isEnabled())去檢測藍牙當前是否開啟。如果該方法返回false,藍牙被禁用。下面的代碼檢查藍牙是否開啟，如果沒有開啟，將顯示錯誤提示用戶去設置開啟藍牙。

// 確保藍牙在設備上可以開啟
if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}
發現BLE設備

為了發現BLE設備，使用startLeScan())方法。這個方法需要一個參數BluetoothAdapter.LeScanCallback。你必須實現它的回調函數，那就是返回的掃描結果。因為掃描非常消耗電量，你應當遵守以下準則：

只要找到所需的設備，停止掃描。
不要在循環裏掃描，並且對掃描設置時間限制。以前可用的設備可能已經移出範圍，繼續掃描消耗電池電量。
下面代碼顯示了如何開始和停止一個掃描：

/**
* 掃描和顯示可以提供的藍牙設備.
*/
public class DeviceScanActivity extends ListActivity {
private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
private boolean mScanning;
private Handler mHandler;
// 10秒後停止尋找.
private static final long SCAN_PERIOD = 10000;
...
private void scanLeDevice(final boolean enable) {
if (enable) {
// 經過預定掃描期後停止掃描
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);
}
...
}
...
}
作為BLE掃描結果的接口，下面是BluetoothAdapter.LeScanCallback的實現。如果你只想掃描指定類型的外圍設備，可以改為調用startLeScan(UUID[], BluetoothAdapter.LeScanCallback)),需要提供你的app支持的GATT services的UUID對象數組。

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();
}
});
}
};
連接到GATT服務端註意：只能掃描BLE設備或者掃描傳統藍牙設備，不能同時掃描BLE和傳統藍牙設備。

與一個BLE設備交互的第一步就是連接它——更具體的，連接到BLE設備上的GATT服務端。為了連接到BLE設備上的GATT服務端，需要使用connectGatt( )方法。這個方法需要三個參數：一個Context對象，自動連接（boolean值,表示只要BLE設備可用是否自動連接到它），和BluetoothGattCallback調用。

mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);
在這個例子中，這個BLE APP提供了一個activity（DeviceControlActivity)來連接，顯示數據，顯示該設備支持的GATT services和characteristics。根據用戶的輸入，這個activity與BluetoothLeService通信，通過Android BLE API實現與BLE設備交互。連接到GATT服務端時，由BLE設備做主機，並返回一個BluetoothGatt實例，然後你可以使用這個實例來進行GATT客戶端操作。請求方（Android app)是GATT客戶端。BluetoothGattCallback用於傳遞結果給用戶，例如連接狀態，以及任何進一步GATT客戶端操作。

//通過BLE API服務端與BLE設備交互
public class BluetoothLeService extends Service {
private final static String TAG = BluetoothLeService.class.getSimpleName();
private BluetoothManager mBluetoothManager; //藍牙管理器
private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter; //藍牙適配器
private String mBluetoothDeviceAddress; //藍牙設備地址
private BluetoothGatt mBluetoothGatt;
private int mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;
private static final int STATE_DISCONNECTED = 0; //設備無法連接
private static final int STATE_CONNECTING = 1; //設備正在連接狀態
private static final int STATE_CONNECTED = 2; //設備連接完畢
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);
//通過BLE API的不同類型的回調方法
private final BluetoothGattCallback mGattCallback =
new BluetoothGattCallback() {
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,
int newState) {//當連接狀態發生改變
String intentAction;
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {//當藍牙設備已經連接
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) {//當設備無法連接
intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED;
mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;
Log.i(TAG, "Disconnected from GATT server.");
broadcastUpdate(intentAction);
}
}
@Override
// 發現新服務端
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
// 讀寫特性
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic,
int status) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);
}
}
...
};
...
}
當一個特定的回調被觸發的時候，它會調用相應的broadcastUpdate()輔助方法並且傳遞給它一個action。註意在該部分中的數據解析按照藍牙心率測量配置文件規格進行。

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);
// 這是心率測量配置文件。
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 {
// 對於所有其他的配置文件，用十六進制格式寫數據
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);
}
返回DeviceControlActivity, 這些事件由一個BroadcastReceiver來處理:

// 通過服務控制不同的事件
// ACTION_GATT_CONNECTED: 連接到GATT服務端
// ACTION_GATT_DISCONNECTED: 未連接GATT服務端.
// ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED: 未發現GATT服務.
// ACTION_DATA_AVAILABLE: 接受來自設備的數據，可以通過讀或通知操作獲得。
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)) {
// 在用戶接口上展示所有的services and characteristics
displayGattServices(mBluetoothLeService.getSupportedGattServices());
} else if (BluetoothLeService.ACTION_DATA_AVAILABLE.equals(action)) {
displayData(intent.getStringExtra(BluetoothLeService.EXTRA_DATA));
}
}
};
讀取BLE變量

你的android app完成與GATT服務端連接和發現services後，就可以讀寫支持的屬性。例如，這段代碼通過服務端的services和 characteristics叠代，並且將它們顯示在UI上。

public class DeviceControlActivity extends Activity {
...
// 演示如何遍歷支持GATT Services/Characteristics
// 這個例子中，我們填充綁定到UI的ExpandableListView上的數據結構
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>>();
// 循環可用的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>();
// 循環可用的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

當設備上的特性改變時會通知BLE應用程序。這段代碼顯示了如何使用setCharacteristicNotification( )給一個特性設置通知。

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);
如果對一個特性啟用通知,當遠程藍牙設備特性發送變化，回調函數onCharacteristicChanged( ))被觸發。

@Override
// 廣播更新
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,
BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);
}
關閉客戶端App

當你的app完成BLE設備的使用後，應該調用close( ))，系統可以合理釋放占用資源。

public void close() {
if (mBluetoothGatt == null) {
return;
}
mBluetoothGatt.close();
mBluetoothGatt = null;
}

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