Android 低功耗蓝牙开发（数据交互）

Posted 2021-09-30 初学者-Study

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Android 低功耗蓝牙开发（数据交互）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言

在上一篇低功耗蓝牙开发文章中，我讲述了扫描和连接，本篇文章讲述数据的交互。当了解了数据交互后就可以开始进行低功耗蓝牙硬件和手机App软件相结合的项目，例如蓝牙音箱、蓝牙灯、蓝牙锁等等。

正文

因为本篇文章会接着上一篇文章进行一个续写，上一篇文章 Android 低功耗蓝牙开发（扫描、连接），没看过的可以先看看，这样可以平稳过度，当然如果对扫描和连接都没有问题的可以直接从本篇文章开始看。

一、BluetoothGattCallback

在进行编码之前首先要了解一个很重要的东西，那就是BluetoothGattCallback，这个类非常重要，可以说你能不能进行低功耗蓝牙的数据交互全看它了。

之前在进行低功耗蓝牙连接的时候使用的是Gatt连接，不知道你是否还记得。回顾一下：

可以看到通过连接gatt，使用了抽象类BluetoothGattCallback，重写了里面的一个onConnectionStateChange方法，进行设备连接状态的回调。这个类里面还有一些方法，可以用于针对开发中的使用进行调用。下面来介绍一下：

方法	描述
onPhyUpdate	物理层改变回调
onPhyRead	设备物理层读取回调
onConnectionStateChange	Gatt连接状态回调
onServicesDiscovered	发现服务回调
onCharacteristicRead	特性读取回调
onCharacteristicWrite	特性写入回调
onCharacteristicChanged	特性改变回调
onDescriptorRead	描述读取回调
onDescriptorWrite	描述写入回调
onReliableWriteCompleted	可靠写入完成回调
onReadRemoteRssi	读取远程设备信号值回调
onMtuChanged	MtuSize改变回调
onConnectionUpdated	连接更新回调

这里光有一个表好像是没有啥用，在介绍详细的API方法及里面的属性值之前先做好准备工作。

BluetoothGattCallback是一个抽象类，那么自然需要一个实现类，在之前的文章中我是通过匿名实现里面的onConnectionStateChange方法对低功耗蓝牙设备进行连接和断开的监听的。

不过在实际开发中这样的做法并不可取，因为一个蓝牙项目里面不可能只有一个地方需要使用这个监听，那么此时就需要封装一个类去单独实现BluetoothGattCallback中的方法，然后再根据需要取使用。

下面在com.llw.bledemo下新建一个callback包，包里面新建一个BleCallback类，然后继承BluetoothGattCallback，重写里面的onConnectionStateChange方法，代码如下：

public class BleCallback extends BluetoothGattCallback {

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

    /**
     * 连接状态改变回调
     *
     * @param gatt     gatt
     * @param status   gatt连接状态
     * @param newState 新状态
     */
    @Override
    public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
        if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
            switch (newState) {
                case BluetoothProfile.STATE_CONNECTED://连接成功
                    Log.d(TAG, "连接成功");
                    break;
                case BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED://断开连接
                    Log.e(TAG, "断开连接");
                    break;
                default:
                    break;
            }
        } else {
            Log.e(TAG, "onConnectionStateChange: " + status);
        }
    }
}

为了区别于上一篇文章，我这里会新建一个DataExchangeActivity来做数据的交互，不会影响到上一篇文章的内容。然后在MainActivity，点击列表item时调用的connectDevice方法中跳转到DataExchangeActivity中，通过传递蓝牙对象过去。

接下来看看DataExchangeActivity中做了什么？

public class DataExchangeActivity extends AppCompatActivity {
    private static final String TAG = DataExchangeActivity.class.getSimpleName();

    /**
     * Gatt
     */
    private BluetoothGatt bluetoothGatt;
    /**
     * 设备是否连接
     */
    private boolean isConnected = false;

    /**
     * Gatt回调
     */
    private BleCallback bleCallback;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_data_exchange);
        //初始化
        bleCallback = new BleCallback();
        //获取上个页面传递过来的设备
        BluetoothDevice device = getIntent().getParcelableExtra("device");
        //连接gatt 设置Gatt回调
        bluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, bleCallback);
    }

    /**
     * 断开设备连接
     */
    private void disconnectDevice() {
        if (isConnected && bluetoothGatt != null) {
            bluetoothGatt.disconnect();
        }
    }

    /**
     * Toast提示
     *
     * @param msg 内容
     */
    private void showMsg(String msg) {
        Toast.makeText(this, msg, Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
}

很简单这个代码，就是接收上个页面传递过来的蓝牙对象，然后进行gatt连接。直接传入实例化之后的bleCallback即可，请注意关于gatt的处理都是在子线程中进行的，可以验证一下：

运行一下，进入交互页面。

下面进行GattCallback中的API介绍。

1. onPhyUpdate

	/**
     * 物理层改变回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param txPhy  发送速率  1M 2M
     * @param rxPhy  接收速率  1M 2M
     * @param status 更新操作的状态
     */
    @Override
    public void onPhyUpdate(BluetoothGatt gatt, int txPhy, int rxPhy, int status) {
        super.onPhyUpdate(gatt, txPhy, rxPhy, status);
    }

通过gatt.setPreferredPhy()方法触发，例如：

	//设置 2M 
	gatt.setPreferredPhy(BluetoothDevice.PHY_LE_2M, BluetoothDevice.PHY_LE_2M, BluetoothDevice.PHY_OPTION_NO_PREFERRED);

2. onPhyRead

	/**
     * 读取物理层回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param txPhy  发送速率  1M 2M
     * @param rxPhy  接收速率  1M 2M
     * @param status 更新操作的状态
     */
    @Override
    public void onPhyRead(BluetoothGatt gatt, int txPhy, int rxPhy, int status) {
        super.onPhyRead(gatt, txPhy, rxPhy, status);
    }

通过gatt.readPhy();进行触发，该方法不需要传入参数。

3. onServicesDiscovered

	/**
     * 发现服务回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param status gatt状态
     */
    @Override
    public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
        super.onServicesDiscovered(gatt, status);
    }

通过gatt.discoverServices(); 触发，没有输入参数。

4. onCharacteristicRead

	/**
     * 特性读取回调
     *
     * @param gatt           gatt
     * @param characteristic 特性
     * @param status         gatt状态
     */
    @Override
    public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
        super.onCharacteristicRead(gatt, characteristic, status);
    }

通过gatt.readCharacteristic(characteristic);触发，需要构建一个BluetoothGattCharacteristic 对象，在后面的实例中会演示。

5. onCharacteristicWrite

	/**
     * 特性写入回调
     *
     * @param gatt           gatt
     * @param characteristic 特性
     * @param status         gatt状态
     */
    @Override
    public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
        super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);
    }

通过gatt.writeCharacteristic(characteristic);触发，需要BluetoothGattCharacteristic 对象，在后面的实例中会演示。

6. onCharacteristicChanged

	/**
     * 特性改变回调
     *
     * @param gatt           gatt
     * @param characteristic 特性
     */
    @Override
    public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
        super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);
    }

此回调的触发需要远程设备特性改变，通俗的说就是，你需要给设备发送消息之后，才会触发这个回调。在后面的实例中会演示。

7. onDescriptorRead

	/**
     * 描述符获取回调
     *
     * @param gatt       gatt
     * @param descriptor 描述符
     * @param status     gatt状态
     */
    @Override
    public void onDescriptorRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {
        super.onDescriptorRead(gatt, descriptor, status);
    }

通过gatt.readDescriptor(descriptor);触发，需要传入BluetoothGattDescriptor对象，在后面的实例中会演示。

8. onDescriptorWrite

	/**
     * 描述符写入回调
     *
     * @param gatt       gatt
     * @param descriptor 描述符
     * @param status     gatt状态
     */
    @Override
    public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {
        super.onDescriptorWrite(gatt, descriptor, status);
    }

通过gatt.writeDescriptor(descriptor);触发，需要传入BluetoothGattDescriptor 对象，在后面的实例中会演示。

9. onReliableWriteCompleted

	/**
     * 可靠写入完成回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param status gatt状态
     */
    @Override
    public void onReliableWriteCompleted(BluetoothGatt gatt, int status) {
        super.onReliableWriteCompleted(gatt, status);
    }

通过gatt.executeReliableWrite();触发，不需要参数，在实际中用的不是很多。

10. onReadRemoteRssi

	/**
     * 读取远程设备的信号强度回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param rssi   信号强度
     * @param status gatt状态
     */
    @Override
    public void onReadRemoteRssi(BluetoothGatt gatt, int rssi, int status) {
        super.onReadRemoteRssi(gatt, rssi, status);
    }

通过gatt.readRemoteRssi();触发，无需参数，实际中使用不多。

11. onMtuChanged

	/**
     * Mtu改变回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param mtu    new MTU size
     * @param status gatt状态
     */
    @Override
    public void onMtuChanged(BluetoothGatt gatt, int mtu, int status) {
        super.onMtuChanged(gatt, mtu, status);
    }

通过gatt.requestMtu(512);触发，需要传入请求的Mtu大小，最大是512，这里单位是字节，512是理论最大值，如果不设置就是默认23字节，而且传输本身用掉3字节，实际上携带数据只有20字节。在后面的实例中会演示。

最后的一个onConnectionUpdated回调无法进行覆写，就不介绍了，下面进入使用API环节。

二、使用

1. 连接设备

第一步是连接，代码在上面已经写好，连接上设备之后，

2. 获取MTU Size

下一步就是获取MtuSize。

然后会触发onMtuChanged回调，

3. 发现服务

在onMtuChanged回调中去发现服务。

然后就会触发onServicesDiscovered回调，在这个回调中要做的就是打开通知开关。这个在之前没有提到，因为它不在基础的回调API中，但是打开通知开关属于描述符的内容，因此当你设置了之后会触发onDescriptorWriteh回调，还是先来看这个通知怎么打开吧。

4. 打开通知

为了规范一些，将使用到的方法封装起来，这样便于管理，增加一个BleHelper类和BleConstant类。
新建一个utils包，包下建两个类，下面先看这个BleConstant类

public class BleConstant {

    /**
     * 服务 UUID 
     */
    public static final String SERVICE_UUID = "0000ff01-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * 特性写入 UUID 
     */
    public static final String CHARACTERISTIC_WRITE_UUID = "0000ff02-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * 特性读取 UUID 
     */
    public static final String CHARACTERISTIC_READ_UUID = "0000ff10-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * 描述 UUID 
     */
    public static final String DESCRIPTOR_UUID = "00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * 电池服务 UUID
     */
    public static final String BATTERY_SERVICE_UUID = "0000180f-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * 电池特征（特性）读取 UUID
     */
    public static final String BATTERY_CHARACTERISTIC_READ_UUID = "00002a19-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * OTA服务 UUID 
     */
    public static final String OTA_SERVICE_UUID = "5833ff01-9b8b-5191-6142-22a4536ef123";
    /**
     * OTA特征（特性）写入 UUID
     */
    public static final String OTA_CHARACTERISTIC_WRITE_UUID = "5833ff02-9b8b-5191-6142-22a4536ef123";
    /**
     * OTA特征（特性）表示 UUID 
     */
    public static final String OTA_CHARACTERISTIC_INDICATE_UUID = "5833ff03-9b8b-5191-6142-22a4536ef123";
    /**
     * OTA数据特征（特性）写入 UUID 
     */
    public static final String OTA_DATA_CHARACTERISTIC_WRITE_UUID = "5833ff04-9b8b-5191-6142-22a4536ef123";
}

这里面都是常规的UUID常量值，就是一些服务和特性的标识符，这个UUID常量值由SIG联盟所规定的，当然也可以根据自己的硬件去做设置，值不是固定的，请根据实际的硬件为主。

下面是BleHelper类，代码如下：

public class BleHelper {

    /**
     * 启用指令通知
     */
    public static boolean enableIndicateNotification(BluetoothGatt gatt) {
        //获取Gatt 服务
        BluetoothGattService service = gatt.getService(UUID.fromString(BleConstant.OTA_SERVICE_UUID));
        if (service == null) {
            return false;
        }
        //获取Gatt 特征（特性）
        BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic = service.getCharacteristic(UUID.fromString(BleConstant.OTA_CHARACTERISTIC_INDICATE_UUID));
        return setCharacteristicNotification(gatt, gattCharacteristic);
    }

    /**
     * 设置特征通知
     * return true, if the write operation was initiated successfully
     */
    private static boolean setCharacteristicNotification(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic) {
        //如果特性具备Notification功能，返回true就代表设备设置成功
        boolean isEnableNotification = gatt.setCharacteristicNotification(gattCharacteristic, true);
        if (isEnableNotification) {
            //构建BluetoothGattDescriptor对象
            BluetoothGattDescriptor gattDescriptor = gattCharacteristic.getDescriptor(UUID.fromString(BleConstant.DESCRIPTOR_UUID));
            gattDescriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
            //写入描述符
            return gatt.writeDescriptor(gattDescriptor);
        } else {
            return false;
        }
    }
}

代码没有什么难度，下面就是在发现服务的回调中调用BleHelper中的方法。

当开启通知失败时断开gatt连接。

下面会进入onDescriptorWrite回调

当通知开启成功可以就可以进行数据的交互了，不过在此之前先运行一下，看程序是否按照我们所想的运行，看一下日志：

Very Good!

现在基本的前置工作都准备好了，下一步就是数据的读写了，首先来看看写数据到设备。

5. 写入数据

常规来说写入数据的话肯定是要对设备做点什么，列如一个蓝牙灯，控制这个灯开关，那么这就是一条指令，指令的内容是App与设备端协商好的，这个要以实际的需求为主。假设我对一个蓝牙手环要进行数据的写入，那么肯定会有很多的指令，所以可以封装一个方法集中处理，依然写在BleHelper中。方法如下：

	/**
     * 发送指令
     * @param gatt gatt
     * @param command 指令
     * @param isResponse 是否响应
     * @return
     */
    public static boolean sendCommand(BluetoothGatt gatt, String command, boolean isResponse) {
        //获取服务
        BluetoothGattService service = gatt.getService(UUID.fromString(BleConstant.OTA_SERVICE_UUID));
        if (service == null) {
            Log.e("TAG", "sendCommand: 服务未找到");
            return false;
        }
        //获取特性
        BluetoothGattCharacteristic characteristic = service.getCharacteristic(UUID.fromString(BleConstant.OTA_CHARACTERISTIC_WRITE_UUID));
        if (characteristic == null) {
            Log.e("TAG", "sendCommand: 特性未找到");
            return false;
        }
        //写入类型  WRITE_TYPE_DEFAULT  默认有响应， WRITE_TYPE_NO_RESPONSE  无响应。
        characteristic.setWriteType(isResponse ?
                BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_DEFAULT : BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_NO_RESPONSE);
        //将字符串command转Byte后进行写入
        characteristic.setValue(ByteUtils.hexStringToBytes(command));

        boolean result = gatt.writeCharacteristic(characteristic);
        Log.d("TAG", result ? "写入初始化成功：" + command : "写入初始化失败：" + command);
        return result;
    }

下面解释一下这个方法的内容，首先通过服务UUID获取到Gatt服务，然后通过写数据特性UUID从服务中获取写数据特性，这里的UUID的值请根据自己的实际情况填写，不知道就问硬件工程师。然后根据传入的isResponse去设置是否需要响应，这里要弄清楚有响应和无响应的区别，有响应的速度比无响应慢，但是有响应更安全，因为你可以对每一次发出的数据进行一个确认，是否发送到，有无丢失。不过这样的话效率会比较低，一般来说实际开发中大部分指令型消息都会选择无响应，数据型消息会选择有响应。

这里增加一个工具类，代码如下：

public class ByteUtils {
    /**
     * Convert hex string to byte[]
     *
     * @param hexString the hex string
     * @return byte[]
     */
    public static byte[] hexStringToBytes(String hexString) {
        if (hexString == null || hexString.equals("")) {
            return null;
        }
        hexString = hexString.toUpperCase();
        int length = hexString.length() / 2;
        char[] hexChars = hexString.toCharArray();
        byte[] d = new byte[length];
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            int pos = i * 2;
            d[i] = (byte) (charToByte(hexChars[pos]) << 4 | charToByte(hexChars[pos + 1]));
        }
        return d;
    }

    public static String bytesToHexString(byte[] src) {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("");
        if (src == null || src.length <= 0) {
            return null;
        }
        for (int i = 0; i < src.length; i++) {
            int v = src[i] & 0xFF;
            String hv = Integer.toHexString(v);
            if (hv.length() < 2) {
                stringBuilder.append(0);
            }
            stringBuilder.append(hv);
        }
        return stringBuilder.toString();
    }

    /**
     * Convert char to byte
     *
     * @param c char
     * @return byte
     */
    private static byte charToByte(char c) {
        return (以上是关于Android 低功耗蓝牙开发（数据交互）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 Android 低功耗蓝牙开发（扫描连接数据交互）Kotlin版
 Android 低功耗蓝牙开发（扫描连接数据交互）Kotlin版
 Android低功耗蓝牙（蓝牙4.0）——BLE开发（上）
 Android 低功耗蓝牙开发 （扫描过滤自定义服务与特性）Kotlin版
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 原创Android 5.0 BLE低功耗蓝牙从设备应用

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