赵工的个人空间

连接BLE设备传输数据

安卓设备搜索到附近的蓝牙低功耗设备，并显示在一个ListView中后，就可以通过点击对应项与相应设备建立连接。
1）选择蓝牙低功耗设备：
为了连接ListView中相应项的设备，需要先为名为lv的ListView加入点击事件处理：   lv.setOnItemClickListener(this);
对应的事件处理函数为：
  public void onItemClick(AdapterView<?> parent, View v, int position, long id) {
     TextView txv = (TextView) v;
     String s = txv.getText().toString();
     String[] addr = s.split("\n");
     btDevice = btAdapter.getRemoteDevice(addr[1]);    //通过MAC地址获取蓝牙设备
     //建立GATT连接
     btGatt = btDevice.connectGatt(MainActivity.this, false, gattcallback);
  }
与BLE设备建立连接，需要使用BLE的MAC地址，在ListView中显示的每一项Item都是由name和Adress两部分组成，用"\n"分隔，因此代码中要把此字符串按"\n"分开为数组，索引1即为MAC地址。使用BluetoothAdapter的getRemoteDevice(macAddress)方法就能获取到连接对端的BluetoothDevice设备。
蓝牙低功耗使用Gatt协议，因此要使用BluetoothGatt建立连接，使用的是BluetoothDevice的connectGatt()方法，其中使用了一个建立连接的回调函数gattcallback。
当然，也可以不用在界面中列出附近BLE中的每一项，而是通过获取的BLE的name或MAC地址等信息选择连接的对端。
连接BLE设备的代码在gattcallback回调函数中：
  private BluetoothGattCallback gattcallback = new BluetoothGattCallback() {}
在Android Studio中，这个函数具有固定的结构，包括GATT连接变化响应、GATT连接发现服务、GATT读属性、GATT写属性、GATT属性变化、GATT读描述、GATT写描述等等多个方法，只需要使用其中几个方法并修改其中的代码，其他方法可以使用系统提供的默认代码。
2）蓝牙低功耗设备的连接响应：
  @Override
  public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, final int newState) {
     super.onConnectionStateChange(gatt, status, newState);
     runOnUiThread(new Runnable() {
       @Override
       public void run() {
         String status;
         switch (newState) {
           case BluetoothGatt.STATE_CONNECTED:
             sta.setText(btDevice.getAddress()+"已连接");
             btGatt.discoverServices();
             break;
           case BluetoothGatt.STATE_CONNECTING:
             sta.setText("正在连接...");
             break;
           case BluetoothGatt.STATE_DISCONNECTED:
             sta.setText("已断开");
             break;
           case BluetoothGatt.STATE_DISCONNECTING:
             sta.setText("断开中...");
             break;
         }
       }
     });
  }
代码中，定义了4种连接状态，已连接、正在连接、已断开、正在断开，使用switch结构分别进行处理，并在一个名为sta的TextView中进行提示，不过一些状态持续时间比较短，未必能在界面中看到对应显示。
这个连接状态响应函数的主体是在一个单独线程中进行的，主要是为了避免在主界面出现卡死现象。如果连接成功，就会执行BluetoothGatt的discoverServices()方法，获取对端可以提供的服务。
2）蓝牙低功耗设备的服务发现：
要建立蓝牙低功耗数据传输，需要先得到连接对端的UUID对应的Characteristic。蓝牙连接建立后，就要运行可提供服务的发现代码：
  @Override
  public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
     super.onServicesDiscovered(gatt, status);
     txt = "";
     if (status == btGatt.GATT_SUCCESS) {
       final List<BluetoothGattService> services = btGatt.getServices();
       runOnUiThread(new Runnable() {
         @Override
         public void run() {
           for (final BluetoothGattService bluetoothGattService : services) {
             gattSVC = bluetoothGattService;
             txt = txt + "\n" + gattSVC.getUuid().toString();  //显示UUID列表
             List<BluetoothGattCharacteristic> charc = bluetoothGattService.getCharacteristics();
             for (BluetoothGattCharacteristic charac : charc) {
               tz = charac.getUuid().toString();
               List<BluetoothGattDescriptor> dess=charac.getDescriptors();
               String str="";
               for(int i=0;i<dess.size();i++){
                 str+=dess.get(i).getPermissions();
               }
               String ret="";
               txt = txt + "\n\t" + tz+"*"+str;  //显示属性UUID列表
               rxd.setText(txt);  //显示UUID列表
               if ((tz.equals(TXDUUID)) ) {
                 gattTxd = charac;
                 btTxd.setEnabled(true);  //发送按钮使能
               }
               if ((tz.equals(RXUUID)) ) {
                 gattRxd = charac;
                 enableNotification(true, gattRxd);
               }
               rxd.setText(txt);  //显示UUID列表
             }
           }
         }
       });
     }
  }
代码中，如果状态status == btGatt.GATT_SUCCESS，即GATT协议建立成功，就使用BluetoothGatt的getServices()方法获取对端可以提供的服务BluetoothGattService，并存入BluetoothGattService类型的列表services中，后面的代码也是在一个单独的线程中运行，避免界面出现卡死现象。
然后在获取到的服务列表中遍历，使用getUuid()方法获取服务的UUID信息；再使用getCharacteristics()方法获取每个服务的特性BluetoothGattCharacteristic列表，继而遍历所有特性，得到每个Characteristic的UUID；再使用getDescriptors()方法获取每个特性的描述BluetoothGattDescriptor列表，遍历描述列表，使用getPermissions()方法获取授权信息，最后加以显示。这样就可以在界面中的TextView中显示出来对端所有的服务和特性的UUID，并有授权信息，当然也可以加入其他代码以显示出更多信息。
后面一部分代码是通过预先设置的UUID字符串进行判断，如果与TXDUUID相同，就将此BluetoothGattCharacteristic设为BLE的GATT发送Characteristic，如果与RXUUID相同，就设为BLE的GATT的接收Characteristic并使用enableNotification()方法使能其Notification功能。对特定的蓝牙低功耗模块硬件及软件版本，有固定的发送/接收数据的UUID，通过上述方法获取到后，就可以对应进行收发数据了。
3）蓝牙低功耗Notification及功能设置：
对蓝牙低功耗设备，发送数据使用write()方法，而获取数据则使用的是Notification。也就是在建立双方连接后，对端如果有数据就会以Notification方式传送过来，而Android系统则是通过onCharacteristicChanged事件处理获取，代码为：
  @Override
  public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
     super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);
     final byte[] values = characteristic.getValue();
     runOnUiThread(() -> {
       len = values.length;
       String str= "";
       for(byte b:values){
         str.append(String.format("%02x",new Integer(b&0xff)));
       }
       rxd.setText(str.toString());*/
     });
  }
在Android系统中，蓝牙低功耗数据收发都使用字节数组byte[]格式，从对端传来的数据使用接收characteristic的getValue()方法，获得的就是字节数组byte[]。
后续处理也在一个单独的线程中进行，如果是普通字符数据，可以使用new String(values)直接将字节数组转换为一个对应的字符串，然后在TextView中显示出来；但如果要以十六进制值的方式显示，就要按字节逐个转换，并连接为一个十六进制字符串，再赋值给一个TextView的文本以便显示。
上述代码也是需要在BluetoothGatt连接的Callback函数中定义，是回调的一部分。
不过，连接对端的Notification默认情况下并未使能，在连接过程中获取到接收Characteristic后，需要使用enableNotification()方法使其有效，具体代码为：
  private String enableNotification(boolean enable, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
     boolean res = btGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);
     if(res){
       List<BluetoothGattDescriptor> descriptors = characteristic.getDescriptors();
       if (null != descriptors && descriptors.size() > 0) {
         for (BluetoothGattDescriptor descriptor : descriptors) {
           descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
           boolean res1 = btGatt.writeDescriptor(descriptor);
           if (res1) {
             return "Cfg Succ";
           } else {
             return "wDescri fail";
           }
         }
       }else{
         return "getDescri fail";
       }
     }else{
         return "setCharNotif fail";
     }
     return "0";
  }
代码中，先直接使用BluetoothGatt的setCharacteristicNotification()方法，把对应的characteristic的Notification特性设为true；根据返回值进行判断，如果为true，使用getDescriptors()方法获取此characteristic的描述列表，如果获取到就进行遍历，对其中每一个descriptor都使用setValue()方法设置值为ENABLE_NOTIFICATION_VALUE。然后使用writeDescriptor()方法，如果返回值为true表示配置成功。
上述代码在BluetoothGatt连接的Callback函数之外，其中有多个分支，目的是配置不成功时检查是哪一步出现了问题，因此赋值了不同的返回值字符串，方便调试，调试完成运行正常后可以不再显示返回的字符串。
通过实测，连接的蓝牙低功耗模块启动时，具有Notification功能的Characteristic，有个16bit的可配置值，初始为0000，如果使用enableNotification()方法配置成功，低位就会变为1，这样就使能了Notification。不同的模块可能也会有一些差别，但通过此指令使能Notification功能是一致的。
4）蓝牙低功耗发送数据：
Android设备向蓝牙低功耗设备发送数据也是使用字节数组格式，代码为：
  if(btGatt!=null) {
     strSend = txd.getText().toString();
     byte[] hex=strSend.getBytes();
     gattTxd.setValue(hex);  //向蓝牙服务中的写属性写入待发送数据
     boolean res=btGatt.writeCharacteristic(gattTxd);  //发送数据
  }
代码中，先从名为txd的TextView中获取到值并转换为字符串，直接使用String的getBytes()方法得到对应的字节数组，然后使用setValue()方法把此字节数组传递给对应的BluetoothGattCharacteristic，最后使用BluetoothGatt的writeCharacteristic()方法将数据发送出去。
蓝牙低功耗一次发送的数据一般为20字节左右，较大的数据包需要截为数段分别发送。为了避免发送数据操作影响界面的响应，可以放在单独的线程中。也可以根据发送的内容不同，使用不同的编码转换方法。