Android 低功耗蓝牙开发（数据交互）

Android 低功耗蓝牙开发（数据交互）

• ​​前言​​
• ​​正文​​

• ​​一、BluetoothGattCallback​​

• ​​1. onPhyUpdate​​
• ​​2. onPhyRead​​
• ​​3. onServicesDiscovered​​
• ​​4. onCharacteristicRead​​
• ​​5. onCharacteristicWrite​​
• ​​6. onCharacteristicChanged​​
• ​​7. onDescriptorRead​​
• ​​8. onDescriptorWrite​​
• ​​9. onReliableWriteCompleted​​
• ​​10. onReadRemoteRssi​​
• ​​11. onMtuChanged​​

• ​​二、使用​​

• ​​1. 连接设备​​
• ​​2. 获取MTU Size​​
• ​​3. 发现服务​​
• ​​4. 打开通知​​
• ​​5. 写入数据​​
• ​​6. 收到数据​​
• ​​7. Phy值读取和改变​​
• ​​8. 读取特性、描述符、RSSI​​

• ​​三、源码​​

前言

  在上一篇低功耗蓝牙开发文章中，我讲述了扫描和连接，本篇文章讲述数据的交互。当了解了数据交互后就可以开始进行低功耗蓝牙硬件和手机App软件相结合的项目，例如蓝牙音箱、蓝牙灯、蓝牙锁等等。

正文

  因为本篇文章会接着上一篇文章进行一个续写，上一篇文章 ​​Android 低功耗蓝牙开发（扫描、连接）​​，没看过的可以先看看，这样可以平稳过度，当然如果对扫描和连接都没有问题的可以直接从本篇文章开始看。

一、BluetoothGattCallback

  在进行编码之前首先要了解一个很重要的东西，那就是BluetoothGattCallback，这个类非常重要，可以说你能不能进行低功耗蓝牙的数据交互全看它了。

之前在进行低功耗蓝牙连接的时候使用的是Gatt连接，不知道你是否还记得。回顾一下：

可以看到通过连接gatt，使用了抽象类BluetoothGattCallback，重写了里面的一个onConnectionStateChange方法，进行设备连接状态的回调。这个类里面还有一些方法，可以用于针对开发中的使用进行调用。下面来介绍一下：

这里光有一个表好像是没有啥用，在介绍详细的API方法及里面的属性值之前先做好准备工作。

BluetoothGattCallback是一个抽象类，那么自然需要一个实现类，在之前的文章中我是通过匿名实现里面的onConnectionStateChange方法对低功耗蓝牙设备进行连接和断开的监听的。

不过在实际开发中这样的做法并不可取，因为一个蓝牙项目里面不可能只有一个地方需要使用这个监听，那么此时就需要封装一个类去单独实现BluetoothGattCallback中的方法，然后再根据需要取使用。

下面在com.llw.bledemo下新建一个callback包，包里面新建一个BleCallback类，然后继承BluetoothGattCallback，重写里面的onConnectionStateChange方法，代码如下：

public class BleCallback extends BluetoothGattCallback {

    private static final String TAG = BleCallback.class.getSimpleName();

    /**
     * 连接状态改变回调
     *
     * @param gatt     gatt
     * @param status   gatt连接状态
     * @param newState 新状态
     */
    @Override
    public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
        if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
            switch (newState) {
                case BluetoothProfile.STATE_CONNECTED://连接成功
                    Log.d(TAG, "连接成功");
                    break;
                case BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED://断开连接
                    Log.e(TAG, "断开连接");
                    break;
                default:
                    break;
            }
        } else {
            Log.e(TAG, "onConnectionStateChange: " + status);
        }
    }
}

为了区别于上一篇文章，我这里会新建一个DataExchangeActivity来做数据的交互，不会影响到上一篇文章的内容。然后在MainActivity，点击列表item时调用的connectDevice方法中跳转到DataExchangeActivity中，通过传递蓝牙对象过去。

接下来看看DataExchangeActivity中做了什么？

public class DataExchangeActivity extends AppCompatActivity {
    private static final String TAG = DataExchangeActivity.class.getSimpleName();

    /**
     * Gatt
     */
    private BluetoothGatt bluetoothGatt;
    /**
     * 设备是否连接
     */
    private boolean isConnected = false;

    /**
     * Gatt回调
     */
    private BleCallback bleCallback;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_data_exchange);
        //初始化
        bleCallback = new BleCallback();
        //获取上个页面传递过来的设备
        BluetoothDevice device = getIntent().getParcelableExtra("device");
        //连接gatt 设置Gatt回调
        bluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, bleCallback);
    }

    /**
     * 断开设备连接
     */
    private void disconnectDevice() {
        if (isConnected && bluetoothGatt != null) {
            bluetoothGatt.disconnect();
        }
    }

    /**
     * Toast提示
     *
     * @param msg 内容
     */
    private void showMsg(String msg) {
        Toast.makeText(this, msg, Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
}

很简单这个代码，就是接收上个页面传递过来的蓝牙对象，然后进行gatt连接。直接传入实例化之后的bleCallback即可，请注意关于gatt的处理都是在子线程中进行的，可以验证一下：

运行一下，进入交互页面。

下面进行GattCallback中的API介绍。

1. onPhyUpdate

/**
     * 物理层改变回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param txPhy  发送速率  1M 2M
     * @param rxPhy  接收速率  1M 2M
     * @param status 更新操作的状态
     */
    @Override
    public void onPhyUpdate(BluetoothGatt gatt, int txPhy, int rxPhy, int status) {
        super.onPhyUpdate(gatt, txPhy, rxPhy, status);
    }

通过gatt.setPreferredPhy()方法触发，例如：

//设置 2M 
  gatt.setPreferredPhy(BluetoothDevice.PHY_LE_2M, BluetoothDevice.PHY_LE_2M, BluetoothDevice.PHY_OPTION_NO_PREFERRED);

2. onPhyRead

/**
     * 读取物理层回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param txPhy  发送速率  1M 2M
     * @param rxPhy  接收速率  1M 2M
     * @param status 更新操作的状态
     */
    @Override
    public void onPhyRead(BluetoothGatt gatt, int txPhy, int rxPhy, int status) {
        super.onPhyRead(gatt, txPhy, rxPhy, status);
    }

通过gatt.readPhy();进行触发，该方法不需要传入参数。

3. onServicesDiscovered

/**
     * 发现服务回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param status gatt状态
     */
    @Override
    public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
        super.onServicesDiscovered(gatt, status);
    }

通过gatt.discoverServices(); 触发，没有输入参数。

4. onCharacteristicRead

/**
     * 特性读取回调
     *
     * @param gatt           gatt
     * @param characteristic 特性
     * @param status         gatt状态
     */
    @Override
    public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
        super.onCharacteristicRead(gatt, characteristic, status);
    }

通过gatt.readCharacteristic(characteristic);触发，需要构建一个BluetoothGattCharacteristic 对象，在后面的实例中会演示。

5. onCharacteristicWrite

/**
     * 特性写入回调
     *
     * @param gatt           gatt
     * @param characteristic 特性
     * @param status         gatt状态
     */
    @Override
    public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
        super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);
    }

通过gatt.writeCharacteristic(characteristic);触发，需要BluetoothGattCharacteristic 对象，在后面的实例中会演示。

6. onCharacteristicChanged

/**
     * 特性改变回调
     *
     * @param gatt           gatt
     * @param characteristic 特性
     */
    @Override
    public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
        super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);
    }

此回调的触发需要远程设备特性改变，通俗的说就是，你需要给设备发送消息之后，才会触发这个回调。在后面的实例中会演示。

7. onDescriptorRead

/**
     * 描述符获取回调
     *
     * @param gatt       gatt
     * @param descriptor 描述符
     * @param status     gatt状态
     */
    @Override
    public void onDescriptorRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {
        super.onDescriptorRead(gatt, descriptor, status);
    }

通过gatt.readDescriptor(descriptor);触发，需要传入BluetoothGattDescriptor对象，在后面的实例中会演示。

8. onDescriptorWrite

/**
     * 描述符写入回调
     *
     * @param gatt       gatt
     * @param descriptor 描述符
     * @param status     gatt状态
     */
    @Override
    public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {
        super.onDescriptorWrite(gatt, descriptor, status);
    }

通过gatt.writeDescriptor(descriptor);触发，需要传入BluetoothGattDescriptor 对象，在后面的实例中会演示。

9. onReliableWriteCompleted

/**
     * 可靠写入完成回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param status gatt状态
     */
    @Override
    public void onReliableWriteCompleted(BluetoothGatt gatt, int status) {
        super.onReliableWriteCompleted(gatt, status);
    }

通过gatt.executeReliableWrite();触发，不需要参数，在实际中用的不是很多。

10. onReadRemoteRssi

/**
     * 读取远程设备的信号强度回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param rssi   信号强度
     * @param status gatt状态
     */
    @Override
    public void onReadRemoteRssi(BluetoothGatt gatt, int rssi, int status) {
        super.onReadRemoteRssi(gatt, rssi, status);
    }

通过gatt.readRemoteRssi();触发，无需参数，实际中使用不多。

11. onMtuChanged

/**
     * Mtu改变回调
     *
     * @param gatt   gatt
     * @param mtu    new MTU size
     * @param status gatt状态
     */
    @Override
    public void onMtuChanged(BluetoothGatt gatt, int mtu, int status) {
        super.onMtuChanged(gatt, mtu, status);
    }

通过gatt.requestMtu(512);触发，需要传入请求的Mtu大小，最大是512，这里单位是字节，512是理论最大值，如果不设置就是默认23字节，而且传输本身用掉3字节，实际上携带数据只有20字节。在后面的实例中会演示。

最后的一个onConnectionUpdated回调无法进行覆写，就不介绍了，下面进入使用API环节。

二、使用

1. 连接设备

  第一步是连接，代码在上面已经写好，连接上设备之后，

2. 获取MTU Size

下一步就是获取MtuSize。

然后会触发onMtuChanged回调，

3. 发现服务

在onMtuChanged回调中去发现服务。

然后就会触发onServicesDiscovered回调，在这个回调中要做的就是打开通知开关。这个在之前没有提到，因为它不在基础的回调API中，但是打开通知开关属于描述符的内容，因此当你设置了之后会触发onDescriptorWriteh回调，还是先来看这个通知怎么打开吧。

4. 打开通知

  为了规范一些，将使用到的方法封装起来，这样便于管理，增加一个BleHelper类和BleConstant类。
新建一个utils包，包下建两个类，下面先看这个BleConstant类

public class BleConstant {

    /**
     * 服务 UUID 
     */
    public static final String SERVICE_UUID = "0000ff01-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * 特性写入 UUID 
     */
    public static final String CHARACTERISTIC_WRITE_UUID = "0000ff02-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * 特性读取 UUID 
     */
    public static final String CHARACTERISTIC_READ_UUID = "0000ff10-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * 描述 UUID 
     */
    public static final String DESCRIPTOR_UUID = "00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * 电池服务 UUID
     */
    public static final String BATTERY_SERVICE_UUID = "0000180f-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * 电池特征（特性）读取 UUID
     */
    public static final String BATTERY_CHARACTERISTIC_READ_UUID = "00002a19-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    /**
     * OTA服务 UUID 
     */
    public static final String OTA_SERVICE_UUID = "5833ff01-9b8b-5191-6142-22a4536ef123";
    /**
     * OTA特征（特性）写入 UUID
     */
    public static final String OTA_CHARACTERISTIC_WRITE_UUID = "5833ff02-9b8b-5191-6142-22a4536ef123";
    /**
     * OTA特征（特性）表示 UUID 
     */
    public static final String OTA_CHARACTERISTIC_INDICATE_UUID = "5833ff03-9b8b-5191-6142-22a4536ef123";
    /**
     * OTA数据特征（特性）写入 UUID 
     */
    public static final String OTA_DATA_CHARACTERISTIC_WRITE_UUID = "5833ff04-9b8b-5191-6142-22a4536ef123";
}

这里面都是常规的UUID常量值，就是一些服务和特性的标识符，这个UUID常量值由SIG联盟所规定的，当然也可以根据自己的硬件去做设置，值不是固定的，请根据实际的硬件为主。

下面是BleHelper类，代码如下：

public class BleHelper {

    /**
     * 启用指令通知
     */
    public static boolean enableIndicateNotification(BluetoothGatt gatt) {
        //获取Gatt 服务
        BluetoothGattService service = gatt.getService(UUID.fromString(BleConstant.OTA_SERVICE_UUID));
        if (service == null) {
            return false;
        }
        //获取Gatt 特征（特性）
        BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic = service.getCharacteristic(UUID.fromString(BleConstant.OTA_CHARACTERISTIC_INDICATE_UUID));
        return setCharacteristicNotification(gatt, gattCharacteristic);
    }

    /**
     * 设置特征通知
     * return true, if the write operation was initiated successfully
     */
    private static boolean setCharacteristicNotification(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic) {
        //如果特性具备Notification功能，返回true就代表设备设置成功
        boolean isEnableNotification = gatt.setCharacteristicNotification(gattCharacteristic, true);
        if (isEnableNotification) {
            //构建BluetoothGattDescriptor对象
            BluetoothGattDescriptor gattDescriptor = gattCharacteristic.getDescriptor(UUID.fromString(BleConstant.DESCRIPTOR_UUID));
            gattDescriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
            //写入描述符
            return gatt.writeDescriptor(gattDescriptor);
        } else {
            return false;
        }
    }
}

代码没有什么难度，下面就是在发现服务的回调中调用BleHelper中的方法。

当开启通知失败时断开gatt连接。下面会进入onDescriptorWrite回调

当通知开启成功可以就可以进行数据的交互了，不过在此之前先运行一下，看程序是否按照我们所想的运行，看一下日志：

Very Good!

现在基本的前置工作都准备好了，下一步就是数据的读写了，首先来看看写数据到设备。

5. 写入数据

  常规来说写入数据的话肯定是要对设备做点什么，列如一个蓝牙灯，控制这个灯开关，那么这就是一条指令，指令的内容是App与设备端协商好的，这个要以实际的需求为主。假设我对一个蓝牙手环要进行数据的写入，那么肯定会有很多的指令，所以可以封装一个方法集中处理，依然写在BleHelper中。方法如下：

/**
     * 发送指令
     * @param gatt gatt
     * @param command 指令
     * @param isResponse 是否响应
     * @return
     */
    public static boolean sendCommand(BluetoothGatt gatt, String command, boolean isResponse) {
        //获取服务
        BluetoothGattService service = gatt.getService(UUID.fromString(BleConstant.OTA_SERVICE_UUID));
        if (service == null) {
            Log.e("TAG", "sendCommand: 服务未找到");
            return false;
        }
        //获取特性
        BluetoothGattCharacteristic characteristic = service.getCharacteristic(UUID.fromString(BleConstant.OTA_CHARACTERISTIC_WRITE_UUID));
        if (characteristic == null) {
            Log.e("TAG", "sendCommand: 特性未找到");
            return false;
        }
        //写入类型  WRITE_TYPE_DEFAULT  默认有响应， WRITE_TYPE_NO_RESPONSE  无响应。
        characteristic.setWriteType(isResponse ?
                BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_DEFAULT : BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_NO_RESPONSE);
        //将字符串command转Byte后进行写入
        characteristic.setValue(ByteUtils.hexStringToBytes(command));

        boolean result = gatt.writeCharacteristic(characteristic);
        Log.d("TAG", result ? "写入初始化成功：" + command : "写入初始化失败：" + command);
        return result;
    }

  下面解释一下这个方法的内容，首先通过服务UUID获取到Gatt服务，然后通过写数据特性UUID从服务中获取写数据特性，这里的UUID的值请根据自己的实际情况填写，不知道就问硬件工程师。然后根据传入的isResponse去设置是否需要响应，这里要弄清楚有响应和无响应的区别，有响应的速度比无响应慢，但是有响应更安全，因为你可以对每一次发出的数据进行一个确认，是否发送到，有无丢失。不过这样的话效率会比较低，一般来说实际开发中大部分指令型消息都会选择无响应，数据型消息会选择有响应。

这里增加一个工具类，代码如下：

public class ByteUtils {
    /**
     * Convert hex string to byte[]
     *
     * @param hexString the hex string
     * @return byte[]
     */
    public static byte[] hexStringToBytes(String hexString) {
        if (hexString == null || hexString.equals("")) {
            return null;
        }
        hexString = hexString.toUpperCase();
        int length = hexString.length() / 2;
        char[] hexChars = hexString.toCharArray();
        byte[] d = new byte[length];
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            int pos = i * 2;
            d[i] = (byte) (charToByte(hexChars[pos]) << 4 | charToByte(hexChars[pos + 1]));
        }
        return d;
    }

    public static String bytesToHexString(byte[] src) {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("");
        if (src == null || src.length <= 0) {
            return null;
        }
        for (int i = 0; i < src.length; i++) {
            int v = src[i] & 0xFF;
            String hv = Integer.toHexString(v);
            if (hv.length() < 2) {
                stringBuilder.append(0);
            }
            stringBuilder.append(hv);
        }
        return stringBuilder.toString();
    }

    /**
     * Convert char to byte
     *
     * @param c char
     * @return byte
     */
    private static byte charToByte(char c) {
        return (byte) "0123456789ABCDEF".indexOf(c);
    }
}

然后就是对消息的内容转Byte，这里的指令长度有一个最大值就是之前通过onMtuChange回调时得到的数值，247 去掉3字节传输实际上就是244字节，那么你一次传输的最大字节就是244，这个值你不能写死，因为你要根据Android版本和蓝牙设备硬件去适配。最终通过setValue将值放入特性，然后通过写入特性传递给设备。然后返回一个boolean值，这个值只是表明写入特性的初始化成功，不代表就真的写入到设备中了，那么写入到设备成功的标识是什么呢？

先不急，我们先调用这个方法，
修改页面的布局文件activity_data_exchange.xml，代码如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:gravity="bottom"
    android:orientation="vertical"
    android:paddingBottom="@dimen/dp_20"
    tools:context=".DataExchangeActivity">
    <EditText
        android:id="@+id/et_command"
        android:hint="请输入指令"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="60dp"/>
    <Button
        android:id="@+id/btn_send_command"
        android:layout_marginTop="10dp"
        android:text="发送指令"
        android:insetTop="0dp"
        android:insetBottom="0dp"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="50dp"/>

</LinearLayout>

然后回到DataExchangeActivity，
先声明变量

private EditText etCommand;

然后在onCreate中

然后先写入一条指令给设备。例如0102，这对于我这个设备来说是一个切换模式的指令，这条指令不需要响应，那么在哪里确认这个指令写入到了设备呢？通过onCharacteristicWrite。

先修改一下这个回调方法中的内容。在BleCallback中，

下面运行一下：

下面来看看控制栏的日志打印：

写入成功。下面来看收到数据的处理

6. 收到数据

  如果你需要收到数据，那么就需要使用有响应的设置，这里设置为true。

当设备的特性改变时

我这里打印一下，然后运行。

01020，是我的蓝牙设备中定义一个值，收到0081 则表示正常，然后看控制台。

这里当我们进行有响应的数据写入时，设备收到后会先触发onCharacteristicChanged然后再触发onCharacteristicWrite。也就是先发送指令，设备收到回复后，再是你的指令写入成功，注意这个执行的顺序，这很重要，在实际开发中请注意这一点，然后再去写相应的业务逻辑。

还有一些其他的API也需要介绍一下怎么使用的，例如onPhyRead和onPhyUpdate。

7. Phy值读取和改变

  首先来看这个值的读取，比如我们在通知开启成功之后去读取这个设备的Phy

这个读取的方法要求你的Android版本必须要在8.0和8.0以上，因此如果你的Android设备是低版本的就不用考虑去使用这个API了，因为系统不支持。我是Android10.0所以没问题，调用这个方法API就会触发onPhyRead回调。我们在回调的时候打印一下内容，看看当前的硬件Phy是什么值。

运行一下看控制台打印了什么

都是1 就代表1M的发送和接收速率，那么你也可以改成2M，可以这么做，当我读取到速率为1M时就请求2M的速率。

然后就会触发onPhyUpdate回调，我们打印一下：

运行之后查看控制台：

Beautiful！现在我们知道这个Phy怎么改的了，那么在什么时候改呢？当你要传大数据的时候。例如你要对蓝牙设备中的软件进行升级，那么升级文件是比较大的，此时在条件允许提高传输速率可以降低等待时间。

8. 读取特性、描述符、RSSI

  一般来说这三个回调用的比较少，如果你不熟悉的话，前期可以使用。它们在不同的时候使用，由于获取特性和描述符需要一个参数，因此你需要在有这个参数的时候去调用它，比如当写入特性回调被触发时，

再比如特性改变时。

然后会触发onCharacteristicRead回调，在这个回调中打印一下特性的uuid。

其实说起来这个方法比较的鸡肋，这可能也是为什么使用的比较少的原因了，因为当我能知道特性是什么的时候，我直接就能拿到特性对象所携带的信息，根本不需要再去通过gatt.readCharacteristic(characteristic);去查看特性。说是这么说，不过该介绍的还是要有的，知道就可以了。另一个描述符的读取也是一样的道理，可以在描述符写入回调时调用，

同时我还调用了gatt.readRemoteRssi，因为获取RSSI不需要参数，只要你的设备保持了连接，那么可以在任何时候获取RSSI，然后我们在对应的地方去打印一下：

下面运行一下：

这里可以看到我写入了0102之后设备的地址会发生改变，所以我退出了当前页面，再连接设备之后，发送了010200，这里我们看到了RSSI和描述符的UUID，不过特性的UUID并没有打印出来，这是为什么呢？gatt.readCharacteristic(characteristic)；执行后会返回一个boolean结果，打印一下这个结果看看。

运行打印一下：

那么来看看为什么会是false。

这里我突然想到一种可能性，是不是读取这个特性的对象有问题，我现在的这个特性的uuid是之前写特性的uuid，所以拿不到读特性的回调。然后试了一下，发现还是false，拿不到特性，这个就和硬件有关系了，蓝牙硬件会根据功能的需求，对特性进行改动，有一些特性不重要的就去掉了，因此针对我这个蓝牙设备来说就拿不到读特性。

三、源码

GitHub: BleDemo

山高水长，后会有期~