iOS开发技术之蓝牙通信功能的实现

一、相关介绍

CoreBluetooth专门用于与BLE设备通讯。并且现在很多蓝牙设备都支持4.0,4.0以其低功耗著称，所以一般也叫BLE(Bluetooth low energy)，所以也是在iOS比较推荐的一种开发方法。 

Central（中心设备）； 

Peripheral（外围设备）； 

advertising（广告）； 

Services（服务）； 

Characteristic（特征） 

• MFI  （make for iPad ,iTouch,iPhone）为苹果设备制定的蓝牙，开发使用ExternalAccessory框架
• BLE    (blueTooth  low energy)  蓝牙4.0之后耗电低，又名BLE，开发时使用CoreBluetooth框架
• peripheral and central  外设与中心  ，中心控制向外发起连接，被连接的设备即为外设（外部设备）
• service and characteristic 服务和特征 ，每个设备会提供若干服务，每个服务中又有不同的特征，特征
• 权限一般分为读写以及通知等
• Description 每个特征都有许多用户描述，介绍设备的属性信息（生产商，版本号等）

CoreBluetooth介绍

在CoreBluetooth中有两个主要的部分,Central和Peripheral，CBPeripheralManager 作为外围设备。CBCentralManager作为中心设备。所有可用的iOS设备可以作为外围（Peripheral）也可以作为中央（Central），但不可以同时既是周边也是中央。

外围设备（Peripheral）设备是广播设备的数据，中央设备（Central）是管理并且使用这些数据的设备。 

也就是说外围（Peripheral）向周围发送广播，告诉周围的中央设备（Central）它（周边（Peripheral）这里有数据，并且说明了能提供的服务和特征值（连接之后才能获取）， 

其实蓝牙传值相当于网络接口，硬件的service的UUID加上characteristic的UUID， 

打一个比喻：service的UUID相当于主地址，characteristic的UUID相当于短链接，短链接必须是主地址的分支，拼在一起的是接口，你和硬件设定的蓝牙传输格式类似于json，双方可识别的数据，因为蓝牙只能支持16进制，而且每次传输只能20个字节，所以要把信息流转成双方可识别的16进制。

 

二、中心设备CBCentralManager

        CBCentralManager是管理中心设备的管理类，其中重要方法如下：

//设置中心设备代理

@property(assign, nonatomic, nullable) id<CBCentralManagerDelegate> delegate;

//中心设备当前状态

@property(readonly) CBCentralManagerState state;

//中心设备是否正在扫描

@property(readonly) BOOL isScanning NS_AVAILABLE(NA, 9_0);

其中state是一个枚举，有关蓝牙是否可用的状态如下：

typedef NS_ENUM(NSInteger, CBCentralManagerState) {

        //状态未知

    CBCentralManagerStateUnknown = 0,

    //连接断开 即将重置

    CBCentralManagerStateResetting,

    //该平台不支持蓝牙

    CBCentralManagerStateUnsupported,

    //未授权蓝牙使用 hovertree.com

    CBCentralManagerStateUnauthorized,

    //蓝牙关闭

    CBCentralManagerStatePoweredOff,

    //蓝牙正常开启

    CBCentralManagerStatePoweredOn,

};

下面这些方法用于初始化管理中心：

//初始化方法

//设置的代理需要遵守CBCentralManagerDelegate协议

//queue可以设置蓝牙扫描的线程 传入nil则为在主线程中进行

- (instancetype)initWithDelegate:(nullable id<CBCentralManagerDelegate>)delegate

                           queue:(nullable dispatch_queue_t)queue;

//此方法同上 在options字典中用于进行一些管理中心的初始化属性设置

//字典中支持的键值如下 http://www.cnblogs.com/roucheng/

/*

NSString * const CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey 对应一个NSNumber类型的bool值，用于设置是否在关闭蓝牙时弹出用户提示

NSString * const CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey 对应一个NSString对象，设置管理中心的标识符ID

*/

- (instancetype)initWithDelegate:(nullable id<CBCentralManagerDelegate>)delegate

                           queue:(nullable dispatch_queue_t)queue

                         options:(nullable NSDictionary<NSString *, id> *)options;

//根据获取所有已知设备

- (NSArray<CBPeripheral *> *)retrievePeripheralsWithIdentifiers:(NSArray<NSUUID *> *)identifiers;

//根据服务id获取所有连接的设备 hovertree.com

- (NSArray<CBPeripheral *> *)retrieveConnectedPeripheralsWithServices:(NSArray<CBUUID *> *)serviceUUIDs;

在初始化管理中心完成后，会回调代理中的如下方法，我们必须实现如下方法：

//这个方法中可以获取到管理中心的状态

- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central;

如果上面方法中管理中心状态为蓝牙可用，可以通过下面方法开启扫描外设：

//serviceUUIDs用于扫描一个特点ID的外设 options用于设置一些扫描属性 键值如下

/*

//是否允许重复扫描 对应NSNumber的bool值，默认为NO，会自动去重

NSString *const CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey;

//要扫描的设备UUID 数组 对应NSArray hovertree.com

NSString *const CBCentralManagerScanOptionSolicitedServiceUUIDsKey;

*/

- (void)scanForPeripheralsWithServices:(nullable NSArray<CBUUID *> *)serviceUUIDs options:(nullable NSDictionary<NSString *, id> *)options;

//停止扫描外设

- (void)stopScan;

扫描的结果会在如下代理方法中回掉：

//peripheral 扫描到的外设

//advertisementData是外设发送的广播数据

//RSSI 是信号强度 http://www.cnblogs.com/roucheng/

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary<NSString *, id> *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI;

扫描到外设后，通过下面方法可以连接一个外设：

/*

options中可以设置一些连接设备的初始属性键值如下

//对应NSNumber的bool值，设置当外设连接后是否弹出一个警告

NSString *const CBConnectPeripheralOptionNotifyOnConnectionKey;

//对应NSNumber的bool值，设置当外设断开连接后是否弹出一个警告

NSString *const CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey;

//对应NSNumber的bool值，设置当外设暂停连接后是否弹出一个警告 http://www.cnblogs.com/roucheng/

NSString *const CBConnectPeripheralOptionNotifyOnNotificationKey;

*/

- (void)connectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral options:(nullable NSDictionary<NSString *, id> *)options;

//取消一个外设的连接

- (void)cancelPeripheralConnection:(CBPeripheral *)peripheral;

调用过连接外设的方法后，会回掉如下代理方法：

//连接外设成功

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral;

//连接外设失败

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error;

//断开外设连接

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error;

当管理中心恢复时会调用如下代理：

 1 //dict中会传入如下键值对 hovertree.com

 2 /*

 3 //恢复连接的外设数组

 4 NSString *const CBCentralManagerRestoredStatePeripheralsKey;

 5 //恢复连接的服务UUID数组

 6 NSString *const CBCentralManagerRestoredStateScanServicesKey;

 7 //恢复连接的外设扫描属性字典数组

 8 NSString *const CBCentralManagerRestoredStateScanOptionsKey;

 9 */

10 - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central willRestoreState:(NSDictionary<NSString *, id> *)dict;

 

三、外设CBPeripheralManager

        从上面我们知道，中心设备是用来扫描周围的外设，两台设备的通讯中，必须有一个充当中心设备，一个充当外设，外设是由CBPeripheralManager进行管理，主要方法如下：

 1 //设置外设管理中心代理

 2 @property(assign, nonatomic, nullable) id<CBPeripheralManagerDelegate> delegate;

 3 //外设状态 枚举如中心设备

 4 @property(readonly) CBPeripheralManagerState state;

 5 //是否正在发送广播

 6 @property(readonly) BOOL isAdvertising;

 7 //用户的授权状态

 8 + (CBPeripheralManagerAuthorizationStatus)authorizationStatus;

 9 //初始化并设置代理 参数的具体含义与中心设备管理中心

10 - (instancetype)initWithDelegate:(nullable id<CBPeripheralManagerDelegate>)delegate

11                            queue:(nullable dispatch_queue_t);

12 - (instancetype)initWithDelegate:(nullable id<CBPeripheralManagerDelegate>)delegate

13                            queue:(nullable dispatch_queue_t)queue

14                          options:(nullable NSDictionary<NSString *, id> *)options;

15 //开始发送广播 hovertree.com  何问起

16 //advertisementData中可以发送的数据有约定 如下

17 /*

18 对应设置NSString类型的广播名

19 NSString *const CBAdvertisementDataLocalNameKey;

20 外设制造商的NSData数据

21 NSString *const CBAdvertisementDataManufacturerDataKey;

22 外设制造商的CBUUID数据

23 NSString *const CBAdvertisementDataServiceDataKey;

24 服务的UUID与其对应的服务数据字典数组

25 NSString *const CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey;

26 附加服务的UUID数组

27 NSString *const CBAdvertisementDataOverflowServiceUUIDsKey;

28 外设的发送功率 NSNumber类型

29 NSString *const CBAdvertisementDataTxPowerLevelKey;

30 外设是否可以连接

31 NSString *const CBAdvertisementDataIsConnectable;

32 服务的UUID数组

33 NSString *const CBAdvertisementDataSolicitedServiceUUIDsKey;

34 */

35 - (void)startAdvertising:(nullable NSDictionary<NSString *, id> *)advertisementData;

36 //停止发送广播

37 - (void)stopAdvertising;

38 //设置一个连接的具体central设备的延时 枚举如下

39 /*

40 typedef NS_ENUM(NSInteger, CBPeripheralManagerConnectionLatency) {

41     CBPeripheralManagerConnectionLatencyLow = 0,

42     CBPeripheralManagerConnectionLatencyMedium,

43     CBPeripheralManagerConnectionLatencyHigh

44 } NS_ENUM_AVAILABLE(NA, 6_0);

45 */

46 - (void)setDesiredConnectionLatency:(CBPeripheralManagerConnectionLatency)latency forCentral:(CBCentral *)central;

47 //添加一个服务 http://www.cnblogs.com/roucheng/

48 - (void)addService:(CBMutableService *)service;

49 //移除一个服务

50 - (void)removeService:(CBMutableService *)service;

51 //移除所有服务

52 - (void)removeAllServices;

53 //响应中心设备的读写请求

54 - (void)respondToRequest:(CBATTRequest *)request withResult:(CBATTError)result;

55 //更新一个连接中心设备的订阅特征值

56 - (BOOL)updateValue:(NSData *)value forCharacteristic:(CBMutableCharacteristic *)characteristic onSubscribedCentrals:(nullable NSArray<CBCentral *> *)centrals;

外设代理的相关方法如下：

 1 //这个方法是必须实现的 状态可用后可以发送广播

 2 - (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral;

 3 //连接回复时调用的方法 和centralManager类似

 4 - (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral willRestoreState:(NSDictionary<NSString *, id> *)dict;

 5 //开始发送广播时调用的方法

 6 - (void)peripheralManagerDidStartAdvertising:(CBPeripheralManager *)peripheral error:(nullable NSError *)error;

 7 //添加服务调用的回调

 8 - (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didAddService:(CBService *)service error:(nullable NSError *)error;

 9 //当一个central设备订阅一个特征值时调用的方法

10 - (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral central:(CBCentral *)central didSubscribeToCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

11 //取消订阅一个特征值时调用的方法

12 - (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral central:(CBCentral *)central didUnsubscribeFromCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

13 //收到读请求时触发的方法 何问起 hovertree.com

14 - (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didReceiveReadRequest:(CBATTRequest *)request;

15 //收到写请求时触发的方法

16 - (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didReceiveWriteRequests:(NSArray<CBATTRequest *> *)requests;

17 //外设准备更新特征值时调用的方法

18 - (void)peripheralManagerIsReadyToUpdateSubscribers:(CBPeripheralManager *)peripheral;

 

四、中心设备与外设对象CBCentral与CBPeripheral

        上面介绍了中心设备管理类与外设管理类，这些类用于将设备连接建立起来，器具的数据交换的服务和一些信息则是在对应的设备对象中。

1、中心设备 CBCentral属性与方法

//设备UUID

@property(readonly, nonatomic) NSUUID *identifier;

//中心设备最大接收的数据长度

@property(readonly, nonatomic) NSUInteger maximumUpdateValueLength;

2、外设CAPeripheral属性与方法

        外设对象要比中心对象复杂的多，当centralManager连接到外设后，需要通过外设对象的代理方法进行数据交互，其中主要方法属性如下：

 1 //设置代理

 2 @property(assign, nonatomic, nullable) id<CBPeripheralDelegate> delegate;

 3 //外设name

 4 @property(retain, readonly, nullable) NSString *name;

 5 //信号强度 http://www.cnblogs.com/roucheng/

 6 @property(retain, readonly, nullable) NSNumber *RSSI NS_DEPRECATED(NA, NA, 5_0, 8_0);

 7 //外设状态

 8 /*

 9 typedef NS_ENUM(NSInteger, CBPeripheralState) {

10     CBPeripheralStateDisconnected = 0,//未连接

11     CBPeripheralStateConnecting,//正在链接

12     CBPeripheralStateConnected,//已经连接

13     CBPeripheralStateDisconnecting NS_AVAILABLE(NA, 9_0),//正在断开连接

14 } NS_AVAILABLE(NA, 7_0);

15 */

16 @property(readonly) CBPeripheralState state;

17 //所有的服务数组

18 @property(retain, readonly, nullable) NSArray<CBService *> *services;

19 //获取当前信号强度

20 - (void)readRSSI;

21 //根据服务UUID寻找服务对象

22 - (void)discoverServices:(nullable NSArray<CBUUID *> *)serviceUUIDs;

23 //在服务对象UUID数组中寻找特定服务

24 - (void)discoverIncludedServices:(nullable NSArray<CBUUID *> *)includedServiceUUIDs forService:(CBService *)service;

25 //在一个服务中寻找特征值

26 - (void)discoverCharacteristics:(nullable NSArray<CBUUID *> *)characteristicUUIDs forService:(CBService *)service;

27 //从一个特征中读取数据

28 - (void)readValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

29 //写数据的最大长度 hovertree.com  何问起

30 //type枚举如下

31 /*

32 typedef NS_ENUM(NSInteger, CBCharacteristicWriteType) {

33     CBCharacteristicWriteWithResponse = 0,//写数据并且接收成功与否回执

34     CBCharacteristicWriteWithoutResponse,//写数据不接收回执

35 };

36 */

37 - (NSUInteger)maximumWriteValueLengthForType:(CBCharacteristicWriteType)type NS_AVAILABLE(NA, 9_0);

38 //向某个特征中写数据

39 - (void)writeValue:(NSData *)data forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic type:(CBCharacteristicWriteType)type;

40 //为制定的特征值设置监听通知

41 - (void)setNotifyValue:(BOOL)enabled forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

42 //寻找特征值的描述

43 - (void)discoverDescriptorsForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

44 //读取特征的描述值

45 - (void)readValueForDescriptor:(CBDescriptor *)descriptor;

46 //写特征的描述值

47 - (void)writeValue:(NSData *)data forDescriptor:(CBDescriptor *)descriptor;

View Code

外设的代理方法如下：

 1 //外设名称更改时回调的方法

 2 - (void)peripheralDidUpdateName:(CBPeripheral *)peripheral NS_AVAILABLE(NA, 6_0);

 3 //外设服务变化时回调的方法

 4 - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didModifyServices:(NSArray<CBService *> *)invalidatedServices NS_AVAILABLE(NA, 7_0);

 5 //信号强度改变时调用的方法

 6 - (void)peripheralDidUpdateRSSI:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error NS_DEPRECATED(NA, NA, 5_0, 8_0);

 7 //读取信号强度回调的方法 柯乐义 keleyi.com

 8 - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didReadRSSI:(NSNumber *)RSSI error:(nullable NSError *)error NS_AVAILABLE(NA, 8_0);

 9 //发现服务时调用的方法

10 - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(nullable NSError *)error;

11 //在服务中发现子服务回调的方法

12 - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverIncludedServicesForService:(CBService *)service error:(nullable NSError *)error;

13 //发现服务的特征值后回调的方法

14 - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(nullable NSError *)error;

15 //特征值更新时回调的方法

16 - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error;

17 //向特征值写数据时回调的方法

18  - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error;

19  //特征值的通知设置改变时触发的方法

20  - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateNotificationStateForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error;

21  //发现特征值的描述信息触发的方法

22  - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverDescriptorsForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error;

23  //特征的描述值更新时触发的方法

24  - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForDescriptor:(CBDescriptor *)descriptor error:(nullable NSError *)error;

25  //写描述信息时触发的方法

26  - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForDescriptor:(CBDescriptor *)descriptor error:(nullable NSError *)error;

View Code

 

五、服务对象CBService

    服务对象是用来管理外设提供的一些数据服务的，其中属性如下：

//对应的外设

@property(assign, readonly, nonatomic) CBPeripheral *peripheral;

//是否是初等服务

@property(readonly, nonatomic) BOOL isPrimary;

//包含的自服务 http://www.cnblogs.com/roucheng/

@property(retain, readonly, nullable) NSArray<CBService *> *includedServices;

//服务中的特征值

@property(retain, readonly, nullable) NSArray<CBCharacteristic *> *characteristics;

 

六、服务的特征值CBCharacteristic

        通过绑定服务中的特征值来进行数据的读写操作，其中属性如下：

//对应的服务对象

@property(assign, readonly, nonatomic) CBService *service;

//特征值的属性 枚举如下

/*

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, CBCharacteristicProperties) {

    CBCharacteristicPropertyBroadcast,//允许广播特征

    CBCharacteristicPropertyRead,//可读属性

    CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse,//可写并且接收回执

    CBCharacteristicPropertyWrite,//可写属性

    CBCharacteristicPropertyNotify,//可通知属性

    CBCharacteristicPropertyIndicate,//可展现的特征值

    CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites,//允许签名的特征值写入

    CBCharacteristicPropertyExtendedProperties,

    CBCharacteristicPropertyNotifyEncryptionRequired,

    CBCharacteristicPropertyIndicateEncryptionRequired

};

*/

@property(readonly, nonatomic) CBCharacteristicProperties properties;

//特征值的数据 

@property(retain, readonly, nullable) NSData *value;

//特征值的描述

@property(retain, readonly, nullable) NSArray<CBDescriptor *> *descriptors;

//是否是当前广播的特征

@property(readonly) BOOL isBroadcasted;

//是否是正在通知的特征

@property(readonly) BOOL isNotifying;

 

七、读写请求对象CBATTRequest

        服务对象是外设向中心设备提供的相关数据服务，获取到相应服务后，中心设备可以进行读写请求，读写对象属性如下：

//对应的中心设备

@property(readonly, nonatomic) CBCentral *central;

//对应的特征值

@property(readonly, nonatomic) CBCharacteristic *characteristic;

//读写数据值

@property(readwrite, copy, nullable) NSData *value;

 

八、开发流程

1. 新建Central Manager实例并进行监听蓝牙设备状态 

2. 开始搜索外围设备，通过delegate获得数据 

3. 连接外围设备，delegate通知连接结果 

4. 获得外围设备的服务，delegate获得结果 

5. 获得服务的特征，delegate获得结果 

6. 根据服务和特征给外围设备发送数据 

7. 根据delegate回调，从外围设备读数据