iOS中蓝牙的使用(持续更新,精益求精)

本文主要讲述使用CoreBluetooth框架实现蓝牙连接和通信

一、相关概念

蓝牙: 蓝牙技术是一种无线数据和语音通信开放的全球规范，它是基于低成本的近距离无线连接，为固定和移动设备建立通信环境的一种特殊的近距离无线技术连接.

中心设备: 就是用来主动扫描, 主动连接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, 被连接的设备. 比如当你用手机的蓝牙扫描并连接智能手环的时候, 智能手环就是外设

广播: 就是外设会不停的发出蓝牙信号, 可以让中心设备扫描到, 中心设备就是通过扫描外设的广播, 来找到外设, 之后再进行连接

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. 我们操作中心设备指令外设, 就是往某个特征里面写数据, 然后发给外设. 外设给我们返回数据也是在某个特征的value里面.

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、iPhone作为中心设备连接外设

连接蓝牙的过程, 其实就是实现一系列系统代理方法的过程,一般的,只要硬件没有问题, 且是BLE4.0以上, 都可以根据下面的步骤成功顺畅的走到蓝牙连接成功

1.导入CoreBluetooth框架

#import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>

2.遵守CBCentralManagerDelegate和CBPeripheralDelegate协议

@interface ViewController () <CBCentralManagerDelegate,CBPeripheralDelegate>

3.创建中心管理者,并用属性记录

//中心管理者的事件将在提供的队列上分派, 传nil会自动选择主队列
self.centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil)];

创建中心管理对象后就是实现一系列的系统回调方法, 也就是CBCentralMana gerDelegate的代理方法和CBPeripheralDelegate的代理方法

4.处理第一个系统回调方法, 返回当前中心设备的蓝牙状态

可以在这里拿到蓝牙状态. 根据不同的蓝牙状态做不同的处理, 当蓝牙处于关闭状态时, 会自动弹框提示打开蓝牙. 当蓝牙处于开启状态时，可以根据外设服务的UUID来扫描需要的外设, 不设置就扫描所有外设

- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central {
    switch (central.state) {
        case CBCentralManagerStateUnknown:
        case CBCentralManagerStateUnsupported:
            NSLog(@"模拟器不支持蓝牙调试");
        case CBCentralManagerStateUnauthorized:
        case CBCentralManagerStatePoweredOff:
            NSLog(@"蓝牙处于关闭状态");
        case CBCentralManagerStateResetting:
            NSLog(@"蓝牙处于重置状态");
            break;
            
        case CBCentralManagerStatePoweredOn:
            NSLog(@"蓝牙已开启");
            //可以设置根据UUID来扫描外设,如果不设置,就扫描所有蓝牙设备
            [_centralManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil];
            break;
    }
}

5.处理第二个系统回调方法, 返回扫描到的外设

在这个方法里, 我可以选择需要连接的外设, 调用连接外设的方法进行连接, 比如下面就是根据名字进行的连接

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary<NSString *,id> *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI {
    NSString *name = peripheral.name;
    if ([_managerCode isEqualToString:name]) {
        [self.centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];
    }
}

6.处理第三个系统回调方法, 连接成功后的回调

在连接成功的回调里, 可以停止蓝牙扫描, 节约资源. 将这个连接成功的外设保存在属性里, 并设置代理, 接下来就是寻找外设里的服务了, 我们可以根据指定的UUID来寻找我们想要的服务, 也可以寻找所有的服务

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral {
    //保存当前连接的外设
    self.curPeripheral = peripheral;
    //停止扫描
    [self.centralManager stopScan];
    //设置代理
    peripheral.delegate = self;
    //根据UUID来寻找服务, 传nil则寻找所有服务
    [peripheral discoverServices:nil];
}

有时因为各种原因, 我们有可能连接失败, 苹果也为我们提供了连接失败的回调

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error {
    NSLog(@"连接失败");
}

除了连接失败外, 还有一种情况, 就是连接成功后, 可能会断开连接(一般跟硬件有关, 主要跟信号有关,有可能是信号不稳定), 断开连接也有回调, 我们可以在断开连接后重新进行连接

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error {
    NSLog(@"断开连接");
    //重新连接
    [central connectPeripheral:peripheral options:nil];
}

到这里, 我们iPhone作为中心设备已经成功连上了外设, 这个时候我们可以不做任何事,iPhone还是会保持跟外设的连接, 当然我们使用iPhone连接外设, 肯定是要做事情的.

接下来,我们要做的事情就是使用跟硬件工程师约定好的方式来读写数据. 上面的代理方法都是CBCentralManagerDelegate的代理方法, 下面则是CBPerip heralDelegate的代理方法

三、iPhone作为中心设备对外设进行读写操作

7.处理连接成功后的第一个代理方法, 返回获取到的服务

一般的, 我们会跟硬件工程师约定好, 使用哪个服务里面的哪个特征读数据, 哪个写数据,比如0XFFF1和0XFFF2, 我们可以根据这两个UUID去服务里找特征.

下面的代码中,在for循环里, 我们是通过UUID进入{}处理的, 所以在调用discoverCharacteristics方法的时候, 可以直接传nil, 去找我们想要的特征, 即使没有判断也会找到我们想要的特征, 做个判断是为了节约资源, 不要的特征我们就不去找它了

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error {
   if (error) {
        //错误处理
        return;
    }
    for (CBService *service in peripheral.services) {
        if ([service.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"0xFFF1"]] || [service.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"0xFFF2"]]) { 
            //已经判断了UUID, 可以直接传nil, 
            [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];
        }
    }
}

8.处理连接成功后的第二个代理方法, 返回获取到的特征

在这里, 会根据我们上一步的处理, 返回我们需要的特征. 接着, 我们需要以下几件事, 根据和硬件工程师的约定的UUID, 比如0XFFF3和0XFFF4, 通过for循环找到我们需要的读写数据的特征. 将找到的读写特征分别保存到属性中, 后面的读写操作会用到它. 订阅这个特征的通知, 订阅成功之后，就可以监控外设中这个特征值的变化了, 这样当它发生改变的时候, 我们就可以去里面拿我们要的数据了

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error {
    if (error) {
        //错误处理
        return;
    }
    //根据UUID找到我们需要的特征
    for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {
        if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"0xFFF3"]]) {
            //记录读数据的特征
            self.readCharacteristic = characteristic;
            //订阅读数据特征的通知
            [self.curPeripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:self.readCharacteristic];
            
        } else if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"0xFFF4"]]) {
            //记录写数据的特征
            self.writeCharacteristic = characteristic;
           //订阅写数据特征的通知
            [self.curPeripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:self.writeCharacteristic];
        }
    }
    
    //拿到读写特征后, 我们就可以按照需要进行读写操作了
    if (self.readCharacteristic && self.writeCharacteristic) {
        //获取设备相关数据
        [self.delegate getDeviceData];
    }
}

我们对特征进行了订阅, 当订阅状态发生变化的时候, 系统也会告诉我们

//当订阅状态发生变化的时候会回调
-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateNotificationStateForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {
    if (error) {
        NSLog(@"订阅失败");
    }
    if (characteristic.isNotifying) {
        NSLog(@"订阅成功");
    } else {
        NSLog(@"取消订阅");
    }
}

9.到了这一步, 我们一般可能会先获取外设的一些信息, 我们可以使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, 在返回数据的回调方法中，在特征的value属性中拿到这次的数据。

//主动读取数据
- (void)getDeviceData {
    [self.peripheral readValueForCharacteristic:self.readCharacteristic];
}

接收到外设数据会回调这个方法

//接收到数据回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {
    // 拿到外设发送过来的 NSData 数据
    NSData *data = characteristic.value;
    NSString *string = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
}

也有可能, 我们是通过给外设发送指令的方式, 来获取它的信息.这跟后面给外设发送其他指令, 让外设做一些事情是一样的. 写入数据成功后, 会有写入成功的回调.

//写入数据
- (IBAction)didClickPost:(id)sender {
    NSString *string = @"指令";
    // 用NSData类型来写入
    NSData *data = [string dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    // 根据之前记录的写数据特征self.writeCharacteristic来写入数据
    [self.peripheral writeValue:data forCharacteristic:self.writeCharacteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];
}

//写入数据回调 
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(nonnull CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error {
    NSLog(@"写入成功");
}

四、iPhone作为中心设备与外设之间的各种通信数据转换

我们最终都是把数据转成NSData进行传输, 在这之前, 我们可以跟后台工程师, 硬件工程师约定好, 如何对数据进行加密,以及基于各种需要做各种处理.

未完待续...