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  • 蓝牙开发

    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 有两个框架支持蓝牙与外设连接。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。对应他们分别有一组相关的API和类，如下图所示:

     

     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，金融刷卡器是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:

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    1.    
    2. #define      BLE_UUID_ALERT_NOTIFICATION_SERVICE   0x1811  
    3.  #define     BLE_UUID_BATTERY_SERVICE   0x180F  
    4.  #define     BLE_UUID_BLOOD_PRESSURE_SERVICE   0x1810  
    5.  #define     BLE_UUID_CURRENT_TIME_SERVICE   0x1805  
    6.  #define     BLE_UUID_CYCLING_SPEED_AND_CADENCE   0x1816  
    7.  #define     BLE_UUID_DEVICE_INFORMATION_SERVICE   0x180A  
    8.  #define     BLE_UUID_GLUCOSE_SERVICE   0x1808  
    9.  #define     BLE_UUID_HEALTH_THERMOMETER_SERVICE   0x1809  
    10.  #define     BLE_UUID_HEART_RATE_SERVICE   0x180D  
    11.  #define     BLE_UUID_HUMAN_INTERFACE_DEVICE_SERVICE   0x1812  
    12.  #define     BLE_UUID_IMMEDIATE_ALERT_SERVICE   0x1802  
    13.  #define     BLE_UUID_LINK_LOSS_SERVICE   0x1803  
    14.  #define     BLE_UUID_NEXT_DST_CHANGE_SERVICE   0x1807  
    15.  #define     BLE_UUID_PHONE_ALERT_STATUS_SERVICE   0x180E  
    16.  #define     BLE_UUID_REFERENCE_TIME_UPDATE_SERVICE   0x1806  
    17.  #define     BLE_UUID_RUNNING_SPEED_AND_CADENCE   0x1814  
    18.  #define     BLE_UUID_SCAN_PARAMETERS_SERVICE   0x1813  
    19.  #define     BLE_UUID_TX_POWER_SERVICE   0x1804  
    20.  #define     BLE_UUID_CGM_SERVICE   0x181A  


    当然还有很多设备并不在这个标准列表里，比如我用的这个金融刷卡器。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:

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    1. #import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>  
    2. CBCentralManager *manager;  
    3. manager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];  


    2扫描外设（discover）

    代码如下:

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    1. [manager 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，我用的代码如下:

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    1. NSArray *uuidArray = [NSArray arrayWithObjects:[CBUUID UUIDWithString:@"1800"],[CBUUID UUIDWithString:@"180A"],  
    2. [CBUUID UUIDWithString:@"1CB2D155-33A0-EC21-6011-CD4B50710777"],[CBUUID UUIDWithString:@"6765D311-DD4C-9C14-74E1-A431BBFD0652"],nil];  
    3.        
    4. [manager scanForPeripheralsWithServices:uuidArray options:options];  
     

    目前不清楚原因，怀疑和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:

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    1. - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI  
    2. {  
    3.   
    4.     if(![_dicoveredPeripherals containsObject:peripheral])  
    5.         [_dicoveredPeripherals addObject:peripheral];  
    6.       
    7.     NSLog(@"dicoveredPeripherals:%@", _dicoveredPeripherals);  
    8. }  


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    1. //连接指定的设备  
    2. -(BOOL)connect:(CBPeripheral *)peripheral  
    3. {  
    4.     NSLog(@"connect start");  
    5.     _testPeripheral = nil;  
    6.       
    7.     [manager connectPeripheral:peripheral  
    8.                        options:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithBool:YES] forKey:CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey]];  
    9.       
    10.     //开一个定时器监控连接超时的情况  
    11.     connectTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:5.0f target:self selector:@selector(connectTimeout:) userInfo:peripheral repeats:NO];  
    12.   
    13.     return (YES);  
    14. }  

    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:

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    1. - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral  
    2. {  
    3.     [connectTimer invalidate];//停止时钟  
    4.       
    5.     NSLog(@"Did connect to peripheral: %@", peripheral);  
    6.     _testPeripheral = peripheral;  
    7.       
    8.     [peripheral setDelegate:self];  
    9.     [peripheral discoverServices:nil];  
    10.       
    11.       
    12. }  

    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:

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    1. - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error  
    2. {  
    3.   
    4.       
    5.     NSLog(@"didDiscoverServices");  
    6.       
    7.     if (error)  
    8.     {  
    9.         NSLog(@"Discovered services for %@ with error: %@", peripheral.name, [error localizedDescription]);  
    10.           
    11.         if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyFailConnectService:withPeripheral:error:)])  
    12.             [self.delegate DidNotifyFailConnectService:nil withPeripheral:nil error:nil];  
    13.           
    14.         return;  
    15.     }  
    16.       
    17.   
    18.     for (CBService *service in peripheral.services)  
    19.     {  
    20.           
    21.         if ([service.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_PROPRIETARY_SERVICE]])  
    22.         {  
    23.             NSLog(@"Service found with UUID: %@", service.UUID);  
    24.             [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];  
    25.             isVPOS3356 = YES;  
    26.             break;  
    27.         }  
    28.           
    29.           
    30.     }  
    31. }  

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    1. - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error   
    2. {  
    3.       
    4.     if (error)   
    5.     {  
    6.         NSLog(@"Discovered characteristics for %@ with error: %@", service.UUID, [error localizedDescription]);  
    7.           
    8.         if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyFailConnectChar:withPeripheral:error:)])  
    9.             [self.delegate DidNotifyFailConnectChar:nil withPeripheral:nil error:nil];  
    10.           
    11.         return;  
    12.     }  
    13.       
    14.       
    15.     for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics)  
    16.     {  
    17.         if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_TRANS_TX]])  
    18.         {  
    19.             NSLog(@"Discovered read characteristics:%@ for service: %@", characteristic.UUID, service.UUID);  
    20.               
    21.             _readCharacteristic = characteristic;//保存读的特征  
    22.               
    23.             if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundReadChar:)])  
    24.                 [self.delegate DidFoundReadChar:characteristic];  
    25.               
    26.             break;  
    27.         }  
    28.     }  
    29.   
    30.       
    31.     for (CBCharacteristic * characteristic in service.characteristics)  
    32.     {  
    33.           
    34.           
    35.         if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_TRANS_RX]])  
    36.         {  
    37.   
    38.             NSLog(@"Discovered write characteristics:%@ for service: %@", characteristic.UUID, service.UUID);  
    39.             _writeCharacteristic = characteristic;//保存写的特征  
    40.               
    41.             if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundWriteChar:)])  
    42.                 [self.delegate DidFoundWriteChar:characteristic];  
    43.               
    44.             break;  
    45.               
    46.               
    47.         }  
    48.     }  
    49.       
    50.     if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundCharacteristic:withPeripheral:error:)])  
    51.         [self.delegate DidFoundCharacteristic:nil withPeripheral:nil error:nil];  
    52.       
    53. }  

    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:

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    1. //写数据  
    2. -(void)writeChar:(NSData *)data  
    3. {  
    4.     [_testPeripheral writeValue:data forCharacteristic:_writeCharacteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];  
    5. }  

    _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，比如当然我要触发刷卡时，先组好数据包，然后调用发送函数:

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    1. -(void)msrRead  
    2. {  
    3.       
    4.     unsigned char command[512] = {0};  
    5.     unsigned charchar *pTmp;  
    6.     int nSendLen = 0;  
    7.     unsigned char ucCrc[3] = {0};  
    8.       
    9.     _commandType = COMMAND_MSR_READ;  
    10.       
    11.     pTmp = command;  
    12.       
    13.       
    14.     *pTmp = 0x02;//start  
    15.     pTmp++;  
    16.       
    17.     *pTmp = 0xc1;//main cmd  
    18.     pTmp++;  
    19.       
    20.     *pTmp = 0x07;//sub cmd  
    21.     pTmp++;  
    22.       
    23.       
    24.       
    25.     nSendLen = 2;  
    26.       
    27.     *pTmp = nSendLen/256;  
    28.     pTmp++;  
    29.     *pTmp = nSendLen%256;  
    30.     pTmp++;  
    31.       
    32.     *pTmp = 0x00;//sub cmd  
    33.     pTmp++;  
    34.       
    35.     *pTmp = 0x00;//sub cmd  
    36.     pTmp++;  
    37.       
    38.       
    39.     Crc16CCITT(command+1,pTmp-command-1,ucCrc);  
    40.     memcpy(pTmp,ucCrc,2);  
    41.       
    42.       
    43.     NSData *data = [[NSData alloc] initWithBytes:&command length:9];  
    44.     NSLog(@"send data:%@", data);  
    45.     [g_BLEInstance.recvData setLength:0];  
    46.       
    47.     [g_BLEInstance writeChar:data];  
    48. }  


    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:

    [objc] view plain copy
     在CODE上查看代码片派生到我的代码片
    1. enum {  
    2.      CBCharacteristicPropertyBroadcast = 0x01,  
    3.      CBCharacteristicPropertyRead = 0x02,  
    4.      CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse = 0x04,  
    5.      CBCharacteristicPropertyWrite = 0x08,  
    6.      CBCharacteristicPropertyNotify = 0x10,  
    7.      CBCharacteristicPropertyIndicate = 0x20,  
    8.      CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites = 0x40,  
    9.      CBCharacteristicPropertyExtendedProperties = 0x80,  
    10.      };  

    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:

    [objc] view plain copy
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    1. //监听设备  
    2. -(void)startSubscribe  
    3. {  
    4.     [_testPeripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:_readCharacteristic];  
    5. }  


    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:

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    1. - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error  
    2. {  
    3.           
    4.     if (error)   
    5.     {  
    6.         NSLog(@"Error updating value for characteristic %@ error: %@", characteristic.UUID, [error localizedDescription]);  
    7.           
    8.         if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadError:)])  
    9.             [_mainMenuDelegate DidNotifyReadError:error];  
    10.           
    11.         return;  
    12.     }  
    13.       
    14.     [_recvData appendData:characteristic.value];  
    15.       
    16.       
    17.     if ([_recvData length] >= 5)//已收到长度  
    18.     {  
    19.         unsigned charchar *buffer = (unsigned charchar *)[_recvData bytes];  
    20.         int nLen = buffer[3]*256 + buffer[4];  
    21.         if ([_recvData length] == (nLen+3+2+2))  
    22.         {  
    23.             //接收完毕，通知代理做事  
    24.             if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadData)])  
    25.                 [_mainMenuDelegate DidNotifyReadData];  
    26.               
    27.         }  
    28.     }  
    29.   
    30. }  


    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:

    [objc] view plain copy
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    1. //主动断开设备  
    2. -(void)disConnect  
    3. {  
    4.       
    5.     if (_testPeripheral != nil)  
    6.     {  
    7.         NSLog(@"disConnect start");  
    8.         [manager cancelPeripheralConnection:_testPeripheral];  
    9.     }  
    10.   
    11. }  

    六 成果展示

    上几张效果图，UI没怎么修饰，主要关注功能,实现了读取磁道信息，与金融ic卡进行APDU交互等功能。

           

         

     
     
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