Android低功耗蓝牙开发总结

基础使用

权限申请

蓝牙权限在各个版本中略有不同

• Android 12 及以上版本，如果不需要通过蓝牙来推断位置的话，蓝牙扫描不需要开启位置权
• Android 11 及以下版本，蓝牙扫描必须开启位置权限
• Android 9 及以下版本，蓝牙扫描可开启粗略位置权限

<!-- Android 12 及以上版本 -->
<!-- 如果明确不需要蓝牙推断位置的话，可以通过标记 usesPermissionFlags="neverForLocation" --> 
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_SCAN"
  android:usesPermissionFlags="neverForLocation"
  tools:targetApi="s" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_CONNECT"/>

<!-- Android 11 及以下版本 -->
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH" android:maxSdkVersion="30"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" android:maxSdkVersion="30"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" android:maxSdkVersion="30"/>

<!-- Android 9 及以下版本 -->
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION" android:maxSdkVersion="28"/>

开启扫描/停止扫描

//获取蓝牙适配器
val bleAdapter = (context.getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE) as BluetoothManager).adapter

//监听返回数据
private val bleScanCallback = object : ScanCallback() {
    override fun onScanResult(callbackType: Int, result: ScanResult?) {
        if (result != null){
            Log.e("bleLog", "startScanResult = $result")
        }
    }
}

/**
 * 开启扫描
 */
bleAdapter.bluetoothLeScanner.startScan(bleScanCallback)

/**
 * 结束扫描
 */
bleAdapter.bluetoothLeScanner.stopScan(bleScanCallback)

开始连接/断开连接

private var mBleGatt : BluetoothGatt? = null

//连接过程与数据接收回调
private val bleGattCallback = object : BluetoothGattCallback() {

  //连接状态变更
  override fun onConnectionStateChange(gatt: BluetoothGatt?, status: Int, newState: Int) {
    if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED){
      //已连接
      //发现服务
      mBleGatt?.discoverServices()
    }else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED){
      //已断开连接
    }
  }

  //发现服务回调
  override fun onServicesDiscovered(gatt: BluetoothGatt?, status: Int) {
    // 调用 mBleGatt?.discoverServices() 时触发该回调
    if (status != BluetoothGatt.GATT_SUCCESS){
      //失败
      return
    }
    //获取指定GATT服务，UUID 由远程设备提供
    val bleGattService = mBleGatt?.getService(UUID.fromString("8888888"))
    //获取指定GATT特征，UUID 由远程设备提供
    val bleGattCharacteristic = bleGattService?.getCharacteristic(UUID.fromString("777777"))
    //启用特征通知，如果远程设备修改了特征，则会触发 onCharacteristicChange() 回调
    mBleGatt?.setCharacteristicNotification(bleGattCharacteristic, true)
    //启用客户端特征配置【固定写法】
    val bleGattDescriptor = bleGattCharacteristic?.getDescriptor(UUID.fromString("00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb"))
    bleGattDescriptor?.value = BluetoothGattDescriptor.ENABLE_INDICATION_VALUE
    mBleGatt?.writeDescriptor(bleGattDescriptor)
  }

  //启用客户端特征配置结果回调
  override fun onDescriptorWrite(gatt: BluetoothGatt?, descriptor: BluetoothGattDescriptor?, status: Int) {
    if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS ){
      //此时蓝牙设备连接才算真正连接成功，即具备读写数据的能力
    }
  }

  //App修改特征回调，即 App 给设备发送数据结果回调
  override fun onCharacteristicWrite(gatt: BluetoothGatt?, characteristic: BluetoothGattCharacteristic?, status: Int
                                          ) {
    if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS){
      //数据写入完成
      // 调用 characteristic?.value 得到的 ByteArray 与 发送数据一样
    }
  }

  //远程设备修改特征描述回调，即设备给 App 发送数据
  override fun onCharacteristicChanged(gatt: BluetoothGatt?, characteristic: BluetoothGattCharacteristic?
      ) {
    //调用 characteristic?.value 获取远程设备发送过来的数据
  }
}

/**
 * 开始连接
 * @param deviceMac 设备Mac地址
 */
val bleDevice = bleAdapter.getRemoteDevice(deviceMac)
mBleGatt = bleDevice.connectGatt(context, false, bleGattCallback, BluetoothDevice.TRANSPORT_LE)

/**
 * 断开连接
 */
mBleGatt?.disconnect()
mBleGatt?.close()

写入数据

mBleGattCharacteristic?.value = data
mBleGatt?.writeCharacteristic(mBleGattCharacteristic)

完整链路

总结

记住一个核心：蓝牙传输非常不稳定，指不定啥时候就没响应或丢包了。

连接过程

用户体验

• Android 12 以下版本蓝牙扫描需要开启定位+授权才能使用，所以在扫描前要申请蓝牙&定位权限+判断是否开启蓝牙&定位。
• 使用过程中，用户可能误操作关闭蓝牙，所以要监听蓝牙开关状态。
• 蓝牙扫描添加超时机制，超时自动停止扫描。
• 如果用列表按照信号强度展示扫描结果，建议扫描结束后再让用户选择设备，防止列表频繁跳动，导致用户误选。
• 关于蓝牙的UI界面或操作，都需要判断当前蓝牙是否已连接。

注意点

• 连接过程会有很多中间过程（触发连接 -> 连接回调成功后 -> 发现服务 -> ...），当获取为 null 或者返回失败时，要做异常返回，防止进度卡死。
• 同上，连接中间过程较多，防止远端设备偶现无响应，在连接过程中设置超时机制，超时判定连接失败。
• 当存在多个 GATT 特征时，可能需要调用多次 setCharacteristicNotification() + writeDescriptor()，注意此操作不能连续调用，正确姿势：gatt1 调用完成，待 onDescriptorWrite() 回调后，gatt2 再调用。

数据收发过程

背景：我手里的远端设备是一款实时操作系统的智能穿戴设备。该设备有一个特点：只能处理一条指令，处理完成后等待下一条，如果同时来多条，则只能处理第一条。

注意点

• 因为远端设备只能处理单条指令，所以需要维护一个优先级队列
• 蓝牙传输有最大传输单元限制(MTU)，默认最大 23 个字节，可用的只有 20 个字节，[ 23 byte(ATT) =1 byte(Opcode) + 2 byte(Handler) + 20 byte(BATT) ]，所以在发送指令时要做分包处理。
• MTU 可通过调用 requestMtu() 调整大小，具体调整多大需和远端设备协定，调用后会回调 gattCallback#onMtuChanged()，注意：发现服务的调用要在该回调中，不能在连接状态回调中。
• 单一指令发送和回包，需要加超时机制。即调用发送指令时开始超时倒计时，当触发 onCharacteristicChanged() 时并判断为指令回包，则移除倒计时。如果 onCharacteristicWrite() 返回失败或超时未回包，则移除倒计时并返回失败。
• 单一指令发送并伴随多条回包，需要加 watchDog 机制。即调用发送指令时开始"养狗"，当有远端设备回包时"喂狗"，回包全部完成时"杀狗"，如果 onCharacteristicWrite() 返回失败或到时间没有"喂狗"，则"杀狗"并返回失败。

可能用到的知识

进制转换

Android Studio 打印日志或断点时，会自动将 16 进制 转成 10 进制进行显示。

十进制 与 16进制

十进制 -> 16进制：

十进制数 除以 16 取余，然后从低往上输出。例如：1758 = 0x6DE

16进制转 -> 十进制：

位数指向的数 * 16^位数 相加之和。例如 0x2A7F = 10879

十进制 与 二进制

十进制 -> 二进制：

记住常用数转化：例如, 45 = (32 + 8 + 4 + 1) = 101101

十进制	二进制
1 (2^0)	01
2 (2^1)	10
4 (2^2)	100
8 (2^3)	1000
16 (2^4)	10000
32 (2^5)	100000
64 (2^6)	1000000

二进制 -> 十进制：

位数指向的数 * 2^位数 相加之和。例如 10010 = 18

16进制 与 二进制

16进制 -> 二进制：

按每位数单独转二进制。例如: 0x6DA2 = 110110110100010

二进制 -> 16进制：

每四位一组，每组转 16 进制，然后拼接。例如: 101010110 = 0x156

位运算

& (与)

都为 1 时才是1

｜(或)

**只要有 1 **时就是 1

^ (异或)

**只有一个 1 **时才是 1

~ (取反)

1 变 0， 0 变 1

>> (右移）

除以2^右移位数。例如: 75 >> 3 = 9

<< (左移)

乘以 2^ 左移位数。例如: 75 << 3 = 600

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