蓝牙开发

iOS蓝牙项目,在开发的过程中简单整理了一些与之相关的基础知识,在这里分享一下。整理包括以下内容:

1、iOS蓝牙开发的关键词
2、蓝牙的简单介绍
3、CoreBluetooth框架
4、实现iOS蓝牙外设(Demo
5、实现iOS蓝牙中心设备(Demo

Demo的运行gif图如下,中心设备可以从外设读取数据,也可以向外设写入数据。外设也可以向中心设备发送数据。
PS:需要使用真机测试。

蓝牙外设与中心设备之间的数据传输

iOS的蓝牙开发是围绕着CoreBluetooth框架来实现的。
下面先从iOS蓝牙开发的基本概念说起。

一、iOS蓝牙开发的关键词

中心设备:就是用来扫描周围蓝牙硬件的设备,比如通过你手机的蓝牙来扫描并连接智能手环,这时候你的手机就是中心设备。

外设:被扫描的设备。比如当你用手机的蓝牙扫描连接智能手环的时候,智能手环就是外设。

中心设备和外设

广播:就是外设不停的散播蓝牙信号,让中心设备可以扫描到。

外设广播

服务(services):外设广播和运行的时候会有服务,可以理解成一个功能模块,中心设备可以读取服务。外设可以有多个服务。

特征(characteristic):在服务中的一个单位,一个服务可以有多个特征,特征会有一个value,一般读写的数据就是这个value。

服务和特征.png

UUID:区分不同的服务和特征,可以理解为服务和特征的身份证。我们可以用UUID来挑选需要的服务和特征。

二、蓝牙的简单介绍

偷个懒:蓝牙百科
蓝牙( **Bluetooth® **):是一种短距离无线通信技术 ,可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换(使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波)。蓝牙4.2发布于2014年12月2日,本文发布的时候,蓝牙的最新版本为4.2。

三、CoreBluetooth框架

蓝牙开发层次图

如上图所示,iOS中的蓝牙开发框架CoreBluetooth处在蓝牙低功耗协议栈的上面,我们开发的时候只是使用CoreBluetooth这个框架,通过CoreBluetooth可以轻松实现外设或中心设备的开发。

CoreBluetooth可以分为两大模块,中心设备central,外设peripheral,它们俩各有自己的一套API供我们使用。
中心设备和外设使用.png

上图左边的就是中心设备的开发类,我们平时是使用CBCentralManager来进行相关操作。

  • CBCentralManager: 蓝牙中心设备管理类,用来统一调度中心设备的开发
  • CBPeripheral :蓝牙外设,例如蓝牙手环、心率监测仪。
  • CBService :蓝牙外设的服务,可以有0个或者多个服务。
  • CBCharacteristic :服务中的特征,每一个蓝牙服务中可以有0个或多个特征,特征中包含数据信息。
  • CBUUID:可以理解为服务或特征的身份证,可以用来选择需要的服务和特征。

右边是外设开发相关类,一般是围绕着CBPeripheralManager来进行编码。

  • CBPeripheralManager: 蓝牙外设开发时使用,用来开发蓝牙外设的中心管理类。
  • CBCentral:蓝牙中心设备,例如用来连接蓝牙手环的手机。
  • CBMutableService:外设开发的时候可以添加多个服务,所有这里用CBMutableService来创建添加服务。
  • CBMutableCharacteristic:每个服务中可以有多个特征,外设开发给服务添加特征的时候使用这个类。
  • CBATTRequest:读或者写请求。它的实例对象有一个value属性,用来装载外设进行蓝牙读取或写入请求时的数据。一般在外设写入或读取的回调方法中有这一个参数。
    外设添加服务和特征

四、实现iOS蓝牙外设(Demo

外设管理器

1、首先导入CoreBluetooth框架,并遵守协议

2、创建外设管理对象,用一个属性来强引用这个对象。并且在创建的时候设置代理,声明放到哪个线程。

3、当创建CBPeripheralManager的时候,会回调判断蓝牙状态的方法。当蓝牙状态没问题的时候创建外设的Service(服务)和Characteristics(特征)。

可以先用宏来做两个标识字符串,用来创建服务和特征的UUID。
最终把创建好的特征放进服务,把服务放入中心管理器。

注意CBCharacteristicPropertyNotify这个参数,只有设置了这个参数,在中心设备中才能订阅这个特征。
一般开发中可以设置两个特征,一个用来发送数据,一个用来接收中心设备写过来的数据,我们这里为了方便就只设置了一个特征。
最后用一个属性拿到这个特征,是为了后面单独发送数据的时候使用,数据的写入和读取最终还是要通过特征来完成。

4、当中心设备读取这个外设的数据的时候会回调这个方法。

5、当中心设备写入数据的时候,外设会调用下面这个方法。

6、还有一个主动给中心设备发送数据的方法。

7、中心设备订阅成功的时候回调。

8、中心设备取消订阅的时候回调。

以上就是iOS蓝牙外设的基本实现流程,当然还有更多的地方可以进一步处理,这就需要投入更多的时间来学习实验了。

下面进入iOS蓝牙开发的主要部分,中心设备的实现,这也是手机App通常担任的角色。

五、实现iOS蓝牙中心设备(Demo

中心设备管理器

1、同外设开发一样,首先要导入CoreBluetooth框架。

2、遵守的协议与外设开发不同,中心设备的开发需要遵循如下两个协议。

3、创建中心管理器并用属性强引用,创建的时候也会设置代理和选择线程。

4、当创建中心管理对象的时候,会回调如下方法用来判断中心设备的蓝牙状态。当蓝牙状态没问题的时候,可以根据外设服务的UUID来扫描需要的外设。所以自然而然的就想到了要定义与外设UUID相同的宏。

5、当扫描到外设之后,就会回调下面这个方法,可以在这个方法中继续设置筛选条件,例如根据外设名字的前缀来选择,如果符合条件就进行连接。

7、当连接成功的时候,就会来到下面这个方法。为了省电,当连接上外设之后,就让中心设备停止扫描,并且别忘记设置连接上的外设的代理。在这个方法里根据UUID进行服务的查找。

8、连接失败和断开连接也有各自的回调方法。在断开连接的时候,我们可以设置自动重连,根据项目需求来自定义里面的代码。

9、下面开始处理代理方法。
最开始就是发现服务的方法。这个方法里可以遍历服务,找到需要的服务。由于上面做的外设只有一个服务,所以我这里直接取服务中的最后一个lastObject就行了。
找到服务之后,连贯的动作继续根据特征的UUID寻找服务中的特征。

10、下面这个方法里做的事情不少。
当发现特征之后,与服务一样可以遍历特征,根据外设开发人员给的文档找出不同特征,做出相应的操作。
我的外设只设置了一个特征,所以也是直接通过lastObject拿到特征。
再重复一遍,一般开发中可以设置两个特征,一个用来发送数据,一个用来接收中心设备写过来的数据。
这里用一个属性引用特征,是为了后面通过这个特征向外设写入数据或发送指令。
readValueForCharacteristic方法是直接读一次这个特征上的数据。

setNotifyValue:(BOOL)enabled forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic方法是对这个特征进行订阅,订阅成功之后,就可以监控外设中这个特征值得变化了。

11、当订阅的状态发生改变的时候,下面的方法就派上用场了。

12、外设可以发送数据给中心设备,中心设备也可以从外设读取数据,当发生这些事情的时候,就会回调这个方法。通过特种中的value属性拿到原始数据,然后根据需求解析数据。

13、中心设备可以向外设写入数据,也可以向外设发送请求或指令,当需要进行这些操作的时候该怎么办呢。
* 首先把要写入的数据转化为NSData格式,然后根据上面拿到的写入数据的特征,运用方法writeValue:(NSData *)data forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic type:(CBCharacteristicWriteType)type来进行数据的写入。

  • 当写入数据的时候,系统也会回调这个方法peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(nonnull CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error 。

14、中心设备如何主动从外设读取数据呢。
* 用正在连接的外设对象来调用readValueForCharacteristic方法,并且把将要读取数据的特征作为参数,这样就可以主动拿一次数据了。
去到第12步的回调方法中,在特征的value属性中拿到这次的数据。

后记

中心设备的开发是需要配合外设来进行的,一般会有硬件工程师或嵌入式工程师给出通信协议,根据协议来对项目的各种需求进行操作。

本文所述的示例代码在这里:Demo
推荐简单又好用的分类集合:WHKit

github地址:https://github.com/remember17