iOS藍牙知識快速入門(詳盡版)

2021-02-16 二進位小鎮


作者:勇闖天涯茉莉花茶

地址:www.jianshu.com/p/f7a53b3a0fc8

以前寫過幾篇藍牙相關的文章，但是沒有涉及掃描、收發指令這些基礎功能的實現。所以打算寫一篇儘可能詳盡的藍牙知識匯總，一方面給有需要的同學看，一方面是對自己學習藍牙的一個總結。

這篇文章的目的：教你實現設備的掃描，連接，數據收發，藍牙數據解析。如果在實現上面任一功能遇到問題時，歡迎留下你的問題，我將進行補充，對於說法有誤的地方也請老司機予以指正。

0、思維導圖
1、蘋果對藍牙設備有什麼要求
2、操作藍牙設備使用什麼庫
3、如何掃描
4、如何連接
5、如何發送數據和接收數據
6、如何解析數據
7、擴展



第一次做圖，大家湊合著看哈。這張是我總結的藍牙知識的結構圖，下面的內容將圍繞這些東西展開進行。


連接設備流程


這張是藍牙連接發送數據的流程圖，下文進入coding階段的講解順序，大家先有個大概印象，等閱讀完本文再回來看這張圖將理解的更深一些。

BLE：bluetouch low energy，藍牙4.0設備因為低功耗，所有也叫作BLE。蘋果在iphone4s及之後的手機型號開始支持藍牙4.0，這也是最常見的藍牙設備。低於藍牙4.0協議的設備需要進行MFI認證，關於MFI認證的申請工作可以看這裡：關於MFI認證你所必須要知道的事情(http://www.jianshu.com/p/b90b0c45398d )

在進行操作藍牙設備前，我們先下載一個藍牙工具LightBlue，它可以輔助我們的開發，在進行藍牙開發之前建議先熟悉一下LightBlue(https://itunes.apple.com/us/app/lightblue-explorer-bluetooth/id557428110?mt=8 )這個工具。


蘋果自身有一個操作藍牙的庫CoreBluetooth.framework，這個是大多數人員進行藍牙開發的首選框架，除此之外目前github還有一個比較流行的對原生框架進行封裝的三方庫BabyBluetooth，它的機制是將CoreBluetooth中眾多的delegate寫成了block方法，有興趣的同學可以了解下。下面主要介紹的是原生藍牙庫的知識。



central-peripheral

如圖所示，電腦、Pad、手機作為中心，心跳監聽器作為外設，這種中心外設模式是最常見的。簡單理解就是，發起連接的是中心設備（Central），被連接的是外圍設備（Peripheral），對應傳統的客戶機-伺服器體系結構。Central能夠掃描偵聽到，正在播放廣告包的外設。


外設可以包含一個或多個服務（CBService），服務是用於實現裝置的功能或特徵數據相關聯的行為集合。
而每個服務又對應多個特徵（CBCharacteristic）,特徵提供外設服務進一步的細節，外設，服務，特徵對應的數據結構如下所示


CBService-CBCharacteristic


在進行掃描之前我們需要，首先新建一個類作為藍牙類，例如FYBleManager，寫成單例，作為處理藍牙操作的管理類。引入頭文件#import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>
CBCentralManager是藍牙中心的管理類，控制著藍牙的掃描，連接，藍牙狀態的改變。


  dispatch_queue_t centralQueue = dispatch_queue_create(「centralQueue",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);    

    NSDictionary *dic = @{CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey : YES,

    CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey : @"unique identifier"

    };

    self.centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:centralQueue options:dic];

CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey對應的BOOL值，當設為YES時，表示CentralManager初始化時，如果藍牙沒有打開，將彈出Alert提示框
CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey對應的是一個唯一標識的字符串，用於藍牙進程被殺掉恢復連接時用的。


//不重複掃描已發現設備        

NSDictionary *option = @{CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey : [NSNumber numberWithBool:NO],CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey:YES};        

[self.centralManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:option];

- (void)scanForPeripheralsWithServices:(nullable NSArray<CBUUID *> *)serviceUUIDs options:(nullable NSDictionary<NSString *, id> *)options;

掃面方法，serviceUUIDs用於第一步的篩選，掃描此UUID的設備
options有兩個常用參數：CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey設置為NO表示不重複掃瞄已發現設備，為YES就是允許。CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey設置為YES就是在藍牙未打開的時候顯示彈框

3、CBCentralManagerDelegate代理方法

在初始化的時候我們調用了代理，在CoreBluetooth中有兩個代理，

CBCentralManagerDelegate

CBPeripheralDelegate

iOS的命名很友好，我們通過名字就能看出，上面那個是關於中心設備的代理方法，下面是關於外設的代理方法。我們這裡先研究CBCentralManagerDelegate中的代理方法

- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central;

這個方法標了@required是必須添加的，我們在self.centralManager初始換之後會調用這個方法，回調藍牙的狀態。狀態有以下幾種：

typedef NS_ENUM(NSInteger, CBCentralManagerState{

CBCentralManagerStateUnknown = CBManagerStateUnknown,//未知狀態

CBCentralManagerStateResetting = CBManagerStateResetting,//重啟狀態

CBCentralManagerStateUnsupported = CBManagerStateUnsupported,//不支持

CBCentralManagerStateUnauthorized = CBManagerStateUnauthorized,//未授權

CBCentralManagerStatePoweredOff = CBManagerStatePoweredOff,//藍牙未開啟

CBCentralManagerStatePoweredOn = CBManagerStatePoweredOn,//藍牙開啟

} NS_DEPRECATED(NA, NA, 5_0, 10_0, "Use CBManagerState instead」);

該枚舉在iOS10之後已經廢除了，系統推薦使用CBManagerState，類型都是對應的

typedef NS_ENUM(NSInteger, CBManagerState{

    CBManagerStateUnknown = 0,

    CBManagerStateResetting,

    CBManagerStateUnsupported,

    CBManagerStateUnauthorized,

    CBManagerStatePoweredOff,

    CBManagerStatePoweredOn,

} NS_ENUM_AVAILABLE(NA, 10_0);

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 

    didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral 

    advertisementData:(NSDictionary<NSString *, id> *)advertisementData

     RSSI:(NSNumber *)RSSI;

peripheral是外設類
advertisementData是廣播的值，一般攜帶設備名，serviceUUIDs等信息
RSSI絕對值越大，表示信號越差，設備離的越遠。如果想裝換成百分比強度，（RSSI+100）/100，（這是一個約數，藍牙信號值並不一定是-100 - 0的值，但近似可以如此表示）

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 

    willRestoreState:(NSDictionary<NSString *, id> *)dict;

在藍牙於後臺被殺掉時，重連之後會首先調用此方法，可以獲取藍牙恢復時的各種狀態


在掃面的代理方法中，我們連接外設名是MI的藍牙設備

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI{    

    NSLog(@"advertisementData:%@，RSSI:%@",advertisementData,RSSI);      

    if([peripheral.name isEqualToString:@"MI"]){        

      [self.centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];//發起連接的命令       

      self.peripheral = peripheral;     

    }

}

連接的狀態
對應另外的CBCentralManagerDelegate代理方法
連接成功的回調

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral;

連接失敗的回調

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error;

連接斷開的回調

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error;

連接成功之後並沒有結束，還記得CBPeripheral中的CBService和CBService中的CBCharacteristic嗎，對數據的讀寫是由CBCharacteristic控制的。我們先用lightblue連接小米手環為例，來看一下，手環內部的數據是不是我們說的那樣。


lightblue

其中ADVERTISEMENT DATA顯示的就是廣播信息。

iOS藍牙無法直接獲取設備藍牙MAC地址，可以將MAC地址放到這裡廣播出來

FEEO是ServiceUUIDs,裡面的FF01、FF02是CBCharacteristic的UUID

Properties是特徵的屬性，可以看出FF01具有讀的權限，FF02具有讀寫的權限。特徵擁有的權限類別有如下幾種：

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, CBCharacteristicProperties{

CBCharacteristicPropertyBroadcast = 0x01,

CBCharacteristicPropertyRead = 0x02,

CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse = 0x04,CBCharacteristicPropertyWrite = 0x08,

CBCharacteristicPropertyNotify = 0x10,

CBCharacteristicPropertyIndicate = 0x20,

CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites = 0x40,

CBCharacteristicPropertyExtendedProperties = 0x80,

CBCharacteristicPropertyNotifyEncryptionRequired NS_ENUM_AVAILABLE(NA, 6_0) = 0x100,

CBCharacteristicPropertyIndicateEncryptionRequired NS_ENUM_AVAILABLE(NA, 6_0) = 0x200};

通過上面的步驟我們發現CBCentralManagerDelegate提供了藍牙狀態監測、掃描、連接的代理方法，但是CBPeripheralDelegate的代理方法卻還沒使用。別急，馬上就要用到了，通過名稱判斷這個代理的作用，肯定是跟Peripheral有關，我們進入系統API，看它的代理方法都有什麼，因為這裡的代理方法較多，我就挑選幾個常用的拿出來說明一下。

//發現服務的回調

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 

    didDiscoverServices:(nullable NSError *)error;

//發現特徵的回調

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 

    didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service 

    error:(nullable NSError *)error;

//讀數據的回調

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 

    didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic 

    error:(nullable NSError *)error;

//是否寫入成功的回調

 - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 

    didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic 

    error:(nullable NSError *)error;


通過這幾個方法我們構建一個流程：連接成功->獲取指定的服務->獲取指定的特徵->訂閱指定特徵值->通過具有寫權限的特徵值寫數據->在didUpdateValueForCharacteristic回調中讀取藍牙反饋值

解釋一下訂閱特徵值：特徵值具有Notify權限才可以進行訂閱，訂閱之後該特徵值的value發生變化才會回調didUpdateValueForCharacteristic

//連接成功

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral{    

    //連接成功之後尋找服務，傳nil會尋找所有服務

    [peripheral discoverServices:nil];

}

//發現服務的回調

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error{   

   if (!error) {        

     for (CBService *service in peripheral.services) {                

     NSLog(@"serviceUUID:%@", service.UUID.UUIDString);   

       if ([service.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_SERVICE_UUID]) {                

    //發現特定服務的特徵值               

     [service.peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];            

      }        

    }    

  }

}

//發現characteristics，由發現服務調用（上一步），獲取讀和寫的characteristics

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error {    

for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {        

//有時讀寫的操作是由一個characteristic完成        

if ([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_CHARACTERISTIC_UUID_READ]) {   

     self.read = characteristic;           

     [self.peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:self.read];        

    } else if ([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_CHARACTERISTIC_UUID_WRITE]) {  

      self.write = characteristic;        }    

  }

}

//是否寫入成功的代理

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error{   

 if (error) {        

    NSLog(@"===寫入錯誤：%@",error);    

    }else{        

    NSLog(@"===寫入成功");    

    }

}

//數據接收

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {    

    if([characteristic.UUID.UUIDString isEqualToString:ST_CHARACTERISTIC_UUID_READ]){    

    //獲取訂閱特徵回復的數據

    NSData *value = characteristic.value;        

    NSLog(@"藍牙回覆：%@",value);

    }

}


比如我們要獲取藍牙電量，由硬體文檔查詢得知該指令是**0x1B9901**,那麼獲取電量的方法就可以寫成

- (void)getBattery{

    Byte value[3]={0};    

    value[0]=x1B;    

    value[1]=x99;    

    value[2]=x01;

    NSData * data = [NSData dataWithBytes:&value length:sizeof(value)];

    //發送數據

    [self.peripheral writeValue:data forCharacteristic:self.write type:CBCharacteristicWriteWithoutResponse];

}

如果寫入成功，我們將會在didUpdateValueForCharacteristic方法中獲取藍牙回復的信息。


如果你順利完成了上一步的操作，並且看到了藍牙返回的數據，那麼恭喜你，藍牙的常用操作你已經了解大半了。因為藍牙的任務大部分就是圍繞發送指令，獲取指令，將藍牙數據呈現給用戶。上一步我們已經獲取了藍牙指令，但是獲取的卻是0x567b0629這樣的數據，這是什麼意思呢。這時我們參考硬體文檔，看到這樣一段:


device-document


那麼我們就可以得出設備電量是 60%。

對數據解析的流程就是：判斷校驗和是否正確，是不是一條正確的數據->該條數據是不是我們需要的電量數據，即首字節為0x567b->根據定義規則解析電量，傳給view顯示。其中第一步校驗數據，視情況而定，也有不需要的情況。


    http://www.jianshu.com/p/a5e25206df39

    http://www.jianshu.com/p/0d956862ffa1

    http://www.jianshu.com/p/eb5b1e26adf7

有意思啊

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