新能源智能充电桩与 Android/iOS App 蓝牙通信协议

协议概述

1. 协议目的

本协议规范新能源智能充电桩（从机）与 Android/iOS App（主机）的蓝牙通信交互逻辑，明确数据传输格式、指令定义、跨平台适配规则，保障通信的可靠性 （校验机制）、兼容性 （适配双平台）、安全性 （关键指令加密）和易用性（简洁帧结构），适用于充电桩硬件开发、App 端集成及设备联调。

2. 适用范围

• 硬件：支持蓝牙 4.0 及以上的智能充电桩（优先 BLE 低功耗蓝牙，兼容经典蓝牙）；
• 软件：Android 4.3+（BLE）/Android 2.0+（经典蓝牙）、iOS 8.0+；
• 核心场景：设备连接、状态查询、充电控制、异常上报、参数配置。

3. 设计原则

• 跨平台兼容：统一帧格式，适配 Android/iOS 蓝牙 API 差异；
• 轻量可靠：帧结构简洁，CRC16 校验保障数据完整性；
• 安全可控：关键指令（启动充电）加验证码，防误操作 / 非法控制；
• 适配 BLE 分包：针对 BLE 单帧 20 字节限制，定义分包 / 合包规则。

一、物理层与传输层规范

1. 蓝牙硬件层（物理层）

表格

配置项	规范要求	跨平台适配要点
蓝牙类型	优先 BLE（蓝牙 4.0/5.0），兼容经典蓝牙（BR/EDR）	BLE 适配移动设备续航，经典蓝牙适用于大流量数据传输
BLE 配置（推荐）	充电桩作为 Peripheral，暴露：服务 UUID：0000FF00-0000-1000-8000-00805F9B34FB读写特征值 UUID：0000FF01-0000-1000-8000-00805F9B34FB	Android：通过BluetoothGatt操作特征值；iOS：通过CBPeripheral读写特征值
经典蓝牙配置	串口透传（SPP 协议），参数：115200 波特率、8N1（8 数据位 + 无校验 + 1 停止位）	双端参数必须一致，否则数据乱码
传输单元限制	BLE：单帧最大 20 字节（MTU），超 20 字节需分包；经典蓝牙：单帧最大 1024 字节	Android/iOS 需统一分包 / 合包逻辑
超时规则	连接超时 10s，指令响应超时 3s（重传最多 3 次）	App 端实现重传逻辑，充电桩端 3s 内必须响应指令

2. 数据帧结构（核心）

采用固定帧格式，所有通信数据均按此格式封装，小端序（Little Endian） 存储多字节数据（如指令码、长度）。

表格

字段	长度（字节）	取值 / 说明	作用
帧头	2	固定值 0xAA55（十六进制）	标识帧开始，避免粘包 / 拆包误解析
协议版本	1	0x01（当前版本）	兼容未来协议升级，版本不匹配则拒绝通信
帧类型	1	0x00= 请求帧（App→桩）0x01= 响应帧（桩→App）0x02= 上报帧（桩主动→App）	区分帧的用途，简化解析逻辑
数据长度	2	「指令码 + 数据域」的总字节数（0~65535）	明确数据域边界，避免越界解析
指令码	2	业务指令唯一标识（如0x0001= 握手）	区分不同业务指令
数据域	N	指令对应的参数 / 返回数据（可选，N=0 时无）	承载核心业务数据（如充电时长、设备状态）
CRC16 校验	2	「协议版本 + 帧类型 + 数据长度 + 指令码 + 数据域」的 CRC16 值（多项式0x8005）	验证数据完整性，校验失败则丢弃帧
帧尾	2	固定值 0x55AA	标识帧结束

2.1 CRC16 计算规则

plaintext

初始值：0xFFFF
多项式：0x8005（x¹⁶+x¹⁵+x²+1）
计算方式：逐字节处理待校验数据，最终结果取反，小端序存储

示例：待校验数据为 0x01 00 03 00 01 01，CRC16 计算结果为 0x9D78（小端序存储为 0x789D）。

2.2 BLE 分包 / 合包规则

当单帧总长度超过 20 字节时，按以下规则分包：

1. 分包标识：每个分包首字节为「高 4 位 = 总分包数，低 4 位 = 当前分包序号（从 0 开始）」；
2. 合包逻辑：接收端按序号拼接所有分包，验证帧头 / 帧尾后再解析完整帧；
3. 超时：接收首个分包后 5s 未收到后续分包，丢弃已接收数据，触发指令重传。

二、核心指令集

指令码按业务分类，覆盖全场景，所有指令均需遵循「请求 - 响应」规则（上报帧除外）。

1. 基础通信指令

表格

指令码	指令名称	帧类型	方向	数据域格式（发送 / 响应）	说明
0x0001	握手指令	请求 / 响应	App→桩	发送：App 版本（UTF-8 字符串，如 "V1.0.0"）响应：1. 设备 ID（8 字节）2. 协议版本（1 字节）3. 设备状态（1 字节）	建立通信，验证协议兼容性，仅握手成功后可执行其他指令
0x0002	心跳指令	请求 / 响应	App→桩	发送：无响应：1. 在线状态（0x01 = 在线 / 0x00 = 离线）2. 信号强度（0-100，1 字节）	App 每 10s 发送 1 次，维持连接

2. 状态查询指令

表格

指令码	指令名称	帧类型	方向	数据域格式（发送 / 响应）	说明
0x0101	核心状态查询	请求 / 响应	App→桩	发送：无响应：1. 设备状态（1 字节）：0x00 = 空闲 / 0x01 = 充电中 / 0x02 = 故障2. 剩余电量（2 字节，%）3. 充电功率（2 字节，W）4. 温度（1 字节，℃）	充电关键参数查询
0x0102	故障详情查询	请求 / 响应	App→桩	发送：无响应：1. 故障码（2 字节）2. 故障描述（UTF-8 字符串）3. 故障时间（4 字节，Unix 时间戳）	仅设备状态为故障时有效

3. 充电控制指令（核心）

表格

指令码	指令名称	帧类型	方向	数据域格式（发送 / 响应）	说明
0x0201	启动充电	请求 / 响应	App→桩	发送：1. 充电时长（2 字节，分钟）2. 最大电流（1 字节，A）3. 验证码（4 字节，MD5 摘要）响应：1. 执行结果（1 字节：0x00 = 成功）2. 订单号（8 字节）	关键指令，验证码防误操作，仅空闲桩可执行
0x0202	停止充电	请求 / 响应	App→桩	发送：1. 订单号（8 字节）响应：1. 执行结果（1 字节）2. 充电总量（2 字节，kWh）3. 充电时长（2 字节，分钟）	支持手动 / 紧急停止
0x0203	暂停充电	请求 / 响应	App→桩	发送：1. 订单号（8 字节）响应：1. 执行结果（1 字节）	临时暂停，可恢复

4. 异常上报指令（桩主动）

表格

指令码	指令名称	帧类型	方向	数据域格式	说明
0x0301	异常上报	上报帧	桩→App	1. 异常类型（1 字节）：0x01 = 过流 / 0x02 = 过压 / 0x03 = 高温 / 0x04 = 断电2. 异常时间（4 字节，时间戳）3. 异常参数（2 字节，如过流值）	桩主动上报，App 需监听并弹窗提示用户

5. 错误码定义（1 字节）

表格

错误码	含义	适用场景
0x00	成功	所有指令响应
0x01	指令不支持	接收到未定义的指令码
0x02	参数格式错误	数据域长度 / 取值不符合要求
0x03	设备忙	充电中执行启动充电指令
0x04	CRC16 校验失败	帧数据被篡改 / 传输错误
0x05	验证码错误	启动充电时验证码不匹配
0x06	权限不足	普通 App 执行管理员指令
0x07	硬件故障	执行指令时硬件异常

三、跨平台适配要点

1. Android 端核心适配（Kotlin）

1.1 权限配置（AndroidManifest.xml）

xml

<!-- BLE核心权限 -->
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_SCAN" android:usesPermissionFlags="neverForLocation" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_CONNECT" />
<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true" />

1.2 帧构建核心代码

kotlin

// CRC16计算工具
object Crc16Util {
    private const val POLY = 0x8005
    fun calculate(data: ByteArray): Short {
        var crc = 0xFFFF.toShort()
        for (b in data) {
            crc = (crc xor (b.toInt() shl 8)).toShort()
            repeat(8) {
                crc = if (crc.toInt() and 0x8000 != 0) {
                    (crc.toInt() shl 1 xor POLY).toShort()
                } else {
                    (crc.toInt() shl 1).toShort()
                }
            }
        }
        return crc.inv() // 取反
    }
}

// 构建通信帧
fun buildFrame(cmdCode: Int, frameType: Byte, data: ByteArray = byteArrayOf()): ByteArray {
    val frameHead = byteArrayOf(0xAA, 0x55)
    val protocolVersion = 0x01.toByte()
    val dataLen = (2 + data.size).toShort() // 指令码(2) + 数据域长度
    val cmdCodeBytes = ByteBuffer.allocate(2).order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN).putShort(cmdCode.toShort()).array()
    val dataLenBytes = ByteBuffer.allocate(2).order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN).putShort(dataLen).array()

    // 计算CRC16
    val checkData = byteArrayOf(protocolVersion, frameType) + dataLenBytes + cmdCodeBytes + data
    val crc16 = Crc16Util.calculate(checkData)
    val crc16Bytes = ByteBuffer.allocate(2).order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN).putShort(crc16).array()

    val frameTail = byteArrayOf(0x55, 0xAA)
    // 拼接完整帧
    return frameHead + protocolVersion + frameType + dataLenBytes + cmdCodeBytes + data + crc16Bytes + frameTail
}

// 示例：构建启动充电指令帧
fun buildStartChargeFrame(): ByteArray {
    // 数据域：120分钟 + 10A + 验证码0x12345678
    val duration = ByteBuffer.allocate(2).order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN).putShort(120).array()
    val current = byteArrayOf(10)
    val verifyCode = byteArrayOf(0x12, 0x34, 0x56, 0x78)
    val data = duration + current + verifyCode
    return buildFrame(0x0201, 0x00, data) // 指令码0x0201，请求帧
}

2. iOS 端核心适配（Swift）

2.1 权限配置（Info.plist）

xml

<!-- BLE权限（iOS 13+） -->
<key>NSBluetoothAlwaysUsageDescription</key>
<string>需要蓝牙权限连接充电桩</string>

2.2 帧构建核心代码

swift

// CRC16计算
func calculateCRC16(_ data: Data) -> Data {
    let poly: UInt16 = 0x8005
    var crc: UInt16 = 0xFFFF
    for byte in data {
        crc ^= UInt16(byte) << 8
        for _ in 0..<8 {
            crc = (crc & 0x8000) != 0 ? (crc << 1) ^ poly : crc << 1
        }
    }
    crc = ~crc // 取反
    return Data(bytes: [UInt8(crc & 0xFF), UInt8(crc >> 8)]) // 小端序
}

// 构建通信帧
func buildFrame(cmdCode: UInt16, frameType: UInt8, data: Data = Data()) -> Data {
    let frameHead = Data([0xAA, 0x55])
    let protocolVersion: UInt8 = 0x01
    let dataLen = UInt16(2 + data.count) // 指令码(2) + 数据域长度
    let cmdCodeData = withUnsafeBytes(of: cmdCode.littleEndian) { Data($0) }
    let dataLenData = withUnsafeBytes(of: dataLen.littleEndian) { Data($0) }
    
    // 计算CRC16
    var checkData = Data()
    checkData.append(protocolVersion)
    checkData.append(frameType)
    checkData.append(dataLenData)
    checkData.append(cmdCodeData)
    checkData.append(data)
    let crc16Data = calculateCRC16(checkData)
    
    let frameTail = Data([0x55, 0xAA])
    // 拼接完整帧
    var frame = Data()
    frame.append(frameHead)
    frame.append(protocolVersion)
    frame.append(frameType)
    frame.append(dataLenData)
    frame.append(cmdCodeData)
    frame.append(data)
    frame.append(crc16Data)
    frame.append(frameTail)
    return frame
}

// 示例：构建握手指令帧
func buildHandshakeFrame() -> Data {
    let appVersion = "V1.0.0".data(using: .utf8)!
    return buildFrame(cmdCode: 0x0001, frameType: 0x00, data: appVersion)
}

四、完整交互示例（启动充电）

1. 交互流程

预览

查看代码

充电桩App充电桩App扫描BLE设备（名称前缀：NewEnergy_）广播BLE信号（含设备ID）发起BLE连接确认连接成功握手指令（0x0001）+ App版本V1.0.0响应握手 + 设备ID(12345678) + 协议版本(01) + 状态(空闲)核心状态查询（0x0101）响应状态 + 空闲 + 电量100% + 功率0W + 温度25℃启动充电（0x0201）+ 120分钟 + 10A + 验证码12345678响应启动成功 + 订单号87654321上报帧 + 充电中 + 功率3000W + 温度30℃停止充电（0x0202）+ 订单号87654321响应停止成功 + 充电量5kWh + 时长60分钟

sequenceDiagram
    participant App
    participant 充电桩
    # 连接阶段
    App->>充电桩: 扫描BLE设备（名称前缀：NewEnergy_）
    充电桩->>App: 广播BLE信号（含设备ID）
    App->>充电桩: 发起BLE连接
    充电桩->>App: 确认连接成功
    # 业务交互
    App->>充电桩: 握手指令（0x0001）+ App版本V1.0.0
    充电桩->>App: 响应握手 + 设备ID(12345678) + 协议版本(01) + 状态(空闲)
    App->>充电桩: 核心状态查询（0x0101）
    充电桩->>App: 响应状态 + 空闲 + 电量100% + 功率0W + 温度25℃
    App->>充电桩: 启动充电（0x0201）+ 120分钟 + 10A + 验证码12345678
    充电桩->>App: 响应启动成功 + 订单号87654321
    # 充电过程
    充电桩->>App: 上报帧 + 充电中 + 功率3000W + 温度30℃
    App->>充电桩: 停止充电（0x0202）+ 订单号87654321
    充电桩->>App: 响应停止成功 + 充电量5kWh + 时长60分钟

充电桩App充电桩App扫描BLE设备（名称前缀：NewEnergy_）广播BLE信号（含设备ID）发起BLE连接确认连接成功握手指令（0x0001）+ App版本V1.0.0响应握手 + 设备ID(12345678) + 协议版本(01) + 状态(空闲)核心状态查询（0x0101）响应状态 + 空闲 + 电量100% + 功率0W + 温度25℃启动充电（0x0201）+ 120分钟 + 10A + 验证码12345678响应启动成功 + 订单号87654321上报帧 + 充电中 + 功率3000W + 温度30℃停止充电（0x0202）+ 订单号87654321响应停止成功 + 充电量5kWh + 时长60分钟

2. 帧数据示例（十六进制）

App 发送启动充电请求帧

plaintext

AA 55 01 00 00 07 01 02 78 00 0A 12 34 56 78 78 9D 55 AA

• 帧头：AA 55；
• 协议版本：01；
• 帧类型：00（请求帧）；
• 数据长度：00 07（指令码 2 字节 + 数据域 5 字节）；
• 指令码：01 02（0x0201 小端序）；
• 数据域：78 00（120 分钟）、0A（10A）、12 34 56 78（验证码）；
• CRC16：78 9D；
• 帧尾：55 AA。

充电桩响应启动成功帧

plaintext

AA 55 01 01 00 09 01 02 00 38 37 36 35 34 33 32 31 8A B1 55 AA

• 帧类型：01（响应帧）；
• 数据域：00（成功）、38 37 36 35 34 33 32 31（订单号 87654321 的 ASCII 码）；
• CRC16：8A B1。

五、测试与联调规范

1. 连接测试：验证 0-10 米、遮挡场景下 Android/iOS App 与充电桩的连接成功率（≥95%）；
2. 指令测试：全覆盖所有指令，验证参数边界值（如充电时长 0 分钟、最大电流 30A）的响应正确性；
3. 异常测试：模拟 CRC16 错误、指令码不存在、参数错误，验证充电桩返回错误码的准确性；
4. 分包测试：针对 BLE，验证超过 20 字节的帧分包 / 合包解析正确性。

总结

1. 本协议采用「帧头 + 版本 + 帧类型 + 长度 + 指令码 + 数据域 + CRC16 + 帧尾」的结构化帧格式，核心保障蓝牙通信的可靠性，适配 Android/iOS 双平台；
2. 指令集覆盖充电桩全业务场景，关键指令（启动充电）增加验证码机制，兼顾易用性与安全性；
3. 提供 Android（Kotlin）和 iOS（Swift）的核心实现代码，包含帧构建、CRC16 计算逻辑，可直接落地开发，联调需重点验证分包 / 合包和跨平台一致性。