ios之蓝牙开发

  因工作的需要, 前段时间整理了一下IOS蓝牙通讯相关的东西，把整理的一个成果给大家分享一下。如果有不足的地方欢迎指正。

一、项目背景

  简单介绍一下我所做的东西，设备目前有四个，分别是体脂秤、血压计、血糖仪、监护仪等。从名称大家应该知道这些是什么东西了。对，没错，这些设备主要是用来测量人体的一些 数据，诸如血压血糖，脂肪等等。通过这些数据来反应用户的身体健康状况。 通过蓝牙与iphone手机通讯。手机端的app通过发送不同的指令(通过蓝牙)控制相应的设备执行一些动作，比如读取设备上的数据，待用户测量完成后将用户的数据发送到服务器，然后返回用户的健康状态到手机上等。 话不多说，下面让我们开始吧。

二、IOS 蓝牙介绍

  蓝牙协议本身经历了从1.0到4.0的升级演变,最新的4.0以其低功耗著称，所以一般也叫BLE(Bluetoothlow energy)。

ios中蓝牙有四个框架，其中两个支持与外设连接。一个是 ExternalAccessory。从ios3.0就开始支持，也是在iphone4s出来之前用的比较多的一种模式，但是它有个不好的地方，External Accessory需要拿到苹果公司的MFI认证。另一个框架则是本文要介绍的CoreBluetooth,在iphone4s开始支持,专门用于与BLE设备通讯（因为它的API都是基于BLE的）。这个不需要MFI，并且现在很多蓝牙设备都支持4.0,所以也是在IOS比较推荐的一种开发方法。

三、CoreBluetooth介绍

  CoreBluetooth框架的核心其实是两个东西，peripheral和central, 可以理解成外设和中心设备。对应他们分别有一组相关的API和类，如下图所示:

CoreBluetooth的结构

  如果你要编程的设备是central那么你大部分用到，反之亦然。在我们这个示例中，血压计、体脂秤等等是peripheral,我们的iphone手机是central,所以我将大部分使用上图中左边部分的类。使用peripheral编程的例子也有很多，比如像用一个ipad和一个iphone通讯，ipad可以认为是central，iphone端是peripheral,这种情况下在iphone端就要使用上图右边部分的类来开发了。

四、服务和特征

有个概念有必要先说明一下。什么是服务和特征呢(service and characteristic)?
   每个蓝牙4.0的设备都是通过服务和特征来展示自己的，一个设备必然包含一个或多个服务，每个服务下面又包含若干个特征。特征是与外界交互的最小单位。比如说，一台蓝牙4.0设备，用特征A来描述自己的出厂信息，用特征B来与收发数据等。
  服务和特征都是用UUID来唯一标识的，UUID的概念如果不清楚请自行google,国际蓝牙组织为一些很典型的设备(比如测量心跳和血压的设备)规定了标准的service UUID(特征的UUID比较多，这里就不列举了),如下:

 #define     BLE_UUID_ALERT_NOTIFICATION_SERVICE   0x1811  
 #define     BLE_UUID_BATTERY_SERVICE   0x180F  
 #define     BLE_UUID_BLOOD_PRESSURE_SERVICE   0x1810  
 #define     BLE_UUID_CURRENT_TIME_SERVICE   0x1805  
 #define     BLE_UUID_CYCLING_SPEED_AND_CADENCE   0x1816  
 #define     BLE_UUID_DEVICE_INFORMATION_SERVICE   0x180A  
 #define     BLE_UUID_GLUCOSE_SERVICE   0x1808  
 #define     BLE_UUID_HEALTH_THERMOMETER_SERVICE   0x1809  
 #define     BLE_UUID_HEART_RATE_SERVICE   0x180D  
 #define     BLE_UUID_HUMAN_INTERFACE_DEVICE_SERVICE   0x1812  
 #define     BLE_UUID_IMMEDIATE_ALERT_SERVICE   0x1802  
 #define     BLE_UUID_LINK_LOSS_SERVICE   0x1803  
 #define     BLE_UUID_NEXT_DST_CHANGE_SERVICE   0x1807  
 #define     BLE_UUID_PHONE_ALERT_STATUS_SERVICE   0x180E  
 #define     BLE_UUID_REFERENCE_TIME_UPDATE_SERVICE   0x1806  
 #define     BLE_UUID_RUNNING_SPEED_AND_CADENCE   0x1814  
 #define     BLE_UUID_SCAN_PARAMETERS_SERVICE   0x1813  
 #define     BLE_UUID_TX_POWER_SERVICE   0x1804  
 #define     BLE_UUID_CGM_SERVICE   0x181A

  当然还有很多设备并不在这个标准列表里，比如我用的这个体脂秤血压计等等。蓝牙设备硬件厂商通常都会提供他们的设备里面各个服务(service)和特征(characteristics)的功能，比如哪些是用来交互(读写)，哪些可获取模块信息(只读)等。

五、实现细节

  作为一个中心要实现完整的通讯，一般要经过这样几个步骤：
  建立中心角色—扫描外设（discover）—连接外设(connect)—扫描外设中的服务和特征(discover)—与外设做数据交互(explore and interact)—断开连接(disconnect)。

1.建立中心角色

  首先在我自己类的头文件中要包含CoreBluetooth的头文件，并继承两个协议<CBCentralManagerDelegate,CBPeripheralDelegate>，代码如下:

#import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>  
// 中心设备管理者
@property (nonatomic, strong) CBCentralManager *centerManager;

//在viewDidLoad中初始化中心设备并设置代理
self.centerManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil options:nil];

2.扫描外设(discover)

[self.centerManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:options];

  这个参数应该也是可以指定特定的peripheral的UUID,那么理论上这个central只会discover这个特定的设备，但是我实际测试发现，如果用特定的UUID传参根本找不到任何设备.可能是由于设备本身在的广播包有关

3.连接外设(connect)

  当扫描到4.0的设备后，系统会通过回调函数告诉我们设备的信息，然后我们就可以连接相应的设备，代码如下:

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI  
{  
    // _dicoveredPeripherals是用来存放已经扫描到的外部设备
    // 如果发现了这个外围设备我就把它添加到这个数组里面
    if(![_dicoveredPeripherals containsObject:peripheral])  
        [_dicoveredPeripherals addObject:peripheral];  
      
    NSLog(@"dicoveredPeripherals:%@", _dicoveredPeripherals);  
}

//连接指定的设备  
-(BOOL)connect:(CBPeripheral *)peripheral  
{  
    NSLog(@"connect start");  
    _testPeripheral = nil;  
      
    [self.centerManager connectPeripheral:peripheral  
                       options:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithBool:YES] forKey:CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey]];  
      
    //开一个定时器监控连接超时的情况  
    connectTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:5.0f target:self selector:@selector(connectTimeout:) userInfo:peripheral repeats:NO];  
  
    return (YES);  
}

4.扫描外设中的服务和特征(discover)

  同样的，当连接成功后，系统会通过回调函数告诉我们，然后我们就在这个回调里去扫描设备下所有的服务和特征，代码如下:

// 连接外设
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral  
{  
    [connectTimer invalidate];//停止时钟 
    NSLog(@"Did connect to peripheral: %@", peripheral);  
    _testPeripheral = peripheral;  

    [peripheral setDelegate:self];  
    [peripheral discoverServices:nil];  
}

  一个设备里的服务和特征往往比较多，大部分情况下我们只是关心其中几个，所以一般会在发现服务和特征的回调里去匹配我们关心那些，比如下面的代码:

// 发现外围设备中的服务
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error  
{  
    NSLog(@"didDiscoverServices");     
    if (error)   {  
        NSLog(@"Discovered services for %@ with error: %@", peripheral.name, [error localizedDescription]);  
          
        if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyFailConnectService:withPeripheral:error:)])  
            [self.delegate DidNotifyFailConnectService:nil withPeripheral:nil error:nil];  
          
        return;  
    }  
      
    // 遍历外围设备中的服务
    for (CBService *service in peripheral.services)  {  
        // 如果发现是我们需要的服务，那我们就去扫描特征值
        if ([service.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ELECTRONIC_SCALE_SERVICE]]) 
        {  
            NSLog(@"Service found with UUID: %@", service.UUID);  
            [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];  
            break;  
        }    
    }  
}

// 根据服务找到对应的特征值
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error   
{  
    if (error)   
    {  
        NSLog(@"Discovered characteristics for %@ with error: %@", service.UUID, [error localizedDescription]);  
          
        if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyFailConnectChar:withPeripheral:error:)])  
            [self.delegate DidNotifyFailConnectChar:nil withPeripheral:nil error:nil];   
        return;  
    }  
    // 遍历服务中所有的特征值
    for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics)  
    {  
        // 找到我们需要的特征
        if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_SCALE]])  
        {  
            NSLog(@"Discovered read characteristics:%@ for service: %@", characteristic.UUID, service.UUID);  
              
            _readCharacteristic = characteristic;//保存读的特征  
              
            if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundReadChar:)])  
                [self.delegate DidFoundReadChar:characteristic];  
            break;  
        }  
    }  
  
      
    for (CBCharacteristic * characteristic in service.characteristics)  
    {  
        if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_TRANS_RX]])  
        {  
            NSLog(@"Discovered write characteristics:%@ for service: %@", characteristic.UUID, service.UUID);  
            _writeCharacteristic = characteristic;//保存写的特征  
              
            if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundWriteChar:)])  
                [self.delegate DidFoundWriteChar:characteristic];  
            break;     
        }  
    }  
      
    if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundCharacteristic:withPeripheral:error:)])  
        [self.delegate DidFoundCharacteristic:nil withPeripheral:nil error:nil];  
}

相信你应该已经注意到了，回调函数都是以"did"开头的，这些函数不用你调用，达到条件后系统后自动调用。

5.与外设做数据交互(explore and interact)

发送数据很简单，我们可以封装一个如下的函数:

// 写数据  
- (void)writeChar:(NSData *)data  {  
    [_testPeripheral writeValue:data forCharacteristic:_writeCharacteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];  
}

_testPeripheral和_writeCharacteristic是前面我们保存的设备对象和可以读写的特征。

  然后我们可以在外部调用它，比如当然我要测量体重时，先组好数据包，然后调用发送函数:

- (void)sendData {
    NSData *data = _characteristic.value;
    if (data) { //当有数据的时候, 才会对返回的数据进行处理,不然会抛异常
        // 将NSData转化成byte
        Byte *byte    = (Byte *)[data bytes];
        // 取出其中用用的两位
        Byte b[]      = {byte[5],byte[6]};
        // 在转化成NSData
        NSData *adata = [[NSData alloc] initWithBytes:b length:sizeof(b)];
        NSLog(@"adata = %@", adata);
        // 转化成字符串
        NSString *str = [adata ConvertToNSString];
        TSLog(@"%@",str);
    }
}

  数据的读分为两种,一种是直接读(reading directly),另外一种是订阅(subscribe)。从名字也能基本理解两者的不同。实际使用中具体用一种要看具体的应用场景以及特征本身的属性。前一个好理解，特征本身的属性是指什么呢？特征有个properties字段(characteristic.properties),它是一个整型值,有如下几个定义:

enum {  
     CBCharacteristicPropertyBroadcast = 0x01,  
     CBCharacteristicPropertyRead = 0x02,  
     CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse = 0x04,  
     CBCharacteristicPropertyWrite = 0x08,  
     CBCharacteristicPropertyNotify = 0x10,  
     CBCharacteristicPropertyIndicate = 0x20,  
     CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites = 0x40,  
     CBCharacteristicPropertyExtendedProperties = 0x80,  
     };

  比如说，你要交互的特征，它的properties的值是0x10,表示你只能用订阅的方式来接收数据。我这里是用订阅的方式，启动订阅的代码如下:

//监听设备  
-(void)startSubscribe  {  
    [_testPeripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:_readCharacteristic];  
}

  当设备有数据返回时，同样是通过一个系统回调通知我，如下所示:

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error  
{   
    if (error)   
    {  
        NSLog(@"Error updating value for characteristic %@ error: %@", characteristic.UUID, [error localizedDescription]);  
          
        if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadError:)])  
            [_mainMenuDelegate DidNotifyReadError:error];  
        return;  
    }  
      
    [_recvData appendData:characteristic.value];  

    if ([_recvData length] >= 5)//已收到长度  
    {  
        unsigned charchar *buffer = (unsigned charchar *)[_recvData bytes];  
        int nLen = buffer[3]*256 + buffer[4];  
        if ([_recvData length] == (nLen+3+2+2))  
        {  
            //接收完毕，通知代理做事  
            if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadData)])  
                [_mainMenuDelegate DidNotifyReadData];  
        }  
    }  
}

6 断开连接(disconnect)

  这个比较简单，只需要一个API就行了,代码如下:

//主动断开设备  
- (void)disConnect  {  
    if (_testPeripheral != nil)   {  
        NSLog(@"disConnect start");  
        [self.centerManager cancelPeripheralConnection:_testPeripheral];  
    }  
}

六、小结

  至此一个简单的蓝牙开发流程就走完了。在这里补充一点如何判断蓝牙的开启和关闭状态。（不好意思，这个应该是写在开头才对。 不管啦，就写在这里吧）。直接上代码喽。

//中心服务器状态更新后调用此方法
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central {
    switch (central.state) {
        case CBCentralManagerStatePoweredOff:
        // 如果是关闭状态就提示用户蓝牙是关闭的，请打开
            _msg = BLE_OFF;
            break;
        case CBCentralManagerStatePoweredOn:
            _msg = BLE_ON;
            // 蓝牙开启了,就可以扫描外部设备了.
            //扫描外围设备
            [central scanForPeripheralsWithServices:nil options:@{CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey:@YES}];
            break;
            
        default:
            break;
    }
    if(_msg!=nil&&_msg.length!=0) {
        TSLog(@"_msg == %@",self.msg);
    }
}

  为了使交互更好，我添加了一个提示框UIAlertController。因为你要使用这些硬件与手机连接是需要开启蓝牙服务的。 当用户没有打开蓝牙的时候，引用提示用户“你的应用需要打开蓝牙” 。只有当手机的蓝牙开启后，才可以扫描连接等等。 这里当我们点击允许的时候，就跳转到系统的蓝牙设置里面。代码如下：

// 检查蓝牙是否开启
    [self centralManagerDidUpdateState:_centerManager];
    if (_centerManager.state == CBCentralManagerStatePoweredOff) {
        // 弹出提示框
        UIAlertController *alertController = [UIAlertController alertControllerWithTitle:nil message:@"你的应用想要打开蓝牙" preferredStyle:UIAlertControllerStyleAlert];
        
        UIAlertAction *cancelAction = [UIAlertAction actionWithTitle:@"拒绝" style:UIAlertActionStyleDefault handler:^(UIAlertAction * _Nonnull action) {
            TSLog(@"拒绝");
            // 拒绝不作任何处理
        }];
        
        UIAlertAction *otherAction = [UIAlertAction actionWithTitle:@"允许" style:UIAlertActionStyleDefault handler:^(UIAlertAction * _Nonnull action) {
            TSLog(@"允许");
            // 允许用户打开蓝牙就会跳转到蓝牙设置页面
            // 关于系统的各个服务设置的url会在结尾给出
            NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"prefs:root=Bluetooth"];
            if ([[UIApplication sharedApplication] canOpenURL:url]) {
                [[UIApplication sharedApplication] openURL:url];
            }
        }]；
        [alertController addAction:cancelAction];
        [alertController addAction:otherAction];
        [self presentViewController:alertController animated:YES completion:nil];

ios系统中各种设置项的url链接
http://blog.csdn.net/ouyangtianhan/article/details/22041121

当然，这个只是一个蓝牙开发的简单的流程，如果有什么不足的地方还请各位朋友指正。如果有什么好的建议，欢迎指出，我们可以相互交流，共同进步哈⁰ ~~

最后编辑于：2017.12.03 03:06:40

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