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iOS BLE蓝牙基础详解（两种模式）

iOS BLE蓝牙基础详解（两种模式）

作者: GCS_DEVELOPER | 来源:发表于2017-09-24 22:53 被阅读53次

iOS BLE框架详解

概述

使用蓝牙开发无外乎两种，当做主设备（Central）或者外设（Peripheral）。主设备可以获取外设携带的信息，和指定的外设连接（Connect），并在连接的基础上进行数据的读写（Read&Write）、监听（Notify）等操作。外设可以广播数据（advertise)并在主设备设法读取和监听数据时进行响应。

一、Be Peripheral(当做外设使用)

使用场景：通过iOS设备对外传输数据

使用限制： iOS设备当做外设时，只能广播两个字段UUID（CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey）和外设名（CBAdvertisementDataLocalNameKey）

数据组成： 外设（Peripheral）包含若干个服务（Service），每个服务又包含若干个特征（Characteristic），每个特征又包含若干个描述信息（Descriptor），而往往我们需要获取的值是在Descriptor中

使用方法及对应回调详解 

//1.引入BLE框架
#import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>
//2.添加代理
@interface PeripheralManager()<CBPeripheralManagerDelegate>
//3.设置为全局
@interface PeripheralManager : NSObject
{
     CBPeripheralManager *myPeripheral;
}

 //4.设置外设的服务

在设置外设的服务前，再明确一下服务（Service）的组成，服务拥有唯一的识别号（CBUUID），并且包含若干个特征（Characteristic），每个特征也拥有唯一识别号（CBUUID），并包含如果干描述信息（Descriptor），除此之外，特征还需要设置权限（properties），通过设置的权限，来允许对特征的值进行相应操作。

//4.1初始化特征（CBMutableCharacteristic）
- (instancetype)initWithType:(CBUUID *)UUID properties:(CBCharacteristicProperties)properties value:(nullable NSData *)value permissions:(CBAttributePermissions)permissions

UUID：唯一识别码

properties：特征权限

CBCharacteristicPropertyRead        读
CBCharacteristicPropertyWrite       写
CBCharacteristicPropertyNotify      通知

value：通常置为nil，可以根据需求动态的设置

permissions：value的权限

CBAttributePermissionsReadable      读
CBAttributePermissionsWriteable     写

初始化特征时注意事项

1. UUID通常为16进制格式（如：FFF0）

2. 定义多个权限（如：读写）可以通过位运算符 | 实现

3. value为NSData类型，如果设置value值，该数据会被缓存起来，而且value的权限必须是只读类型。但value不置为nil，即使设置为只读类型，仍可能会使程序崩溃，提示信息为；Characteristics with cached values must be read-only

//4.2初始化描述信息（CBMutableDescriptor）
- (instancetype)initWithType:(CBUUID *)UUID value:(nullable id)value

UUID：描述信息的UUID，用来指定value的类型

CBUUIDCharacteristicUserDescriptionString   value为字符串类型

  //4.3初始化服务
- (instancetype)initWithType:(CBUUID *)UUID primary:(BOOL)isPrimary

UUID：唯一识别码

isPrimary：服务的类型（YES：主要的服务，NO：非主要的服务），如：想发给主设备一条关于天气信息的服务，那么天气信息的服务为主要服务，其他附带信息（如:外设的电量等）为非主要的服务

    //初始化特征
    CBMutableCharacteristic *characteristic = [[CBMutableCharacteristic alloc]initWithType:[CBUUID UUIDWithString:@"FFE0"] properties:CBCharacteristicPropertyRead | CBCharacteristicPropertyWrite  value:nil permissions:CBAttributePermissionsReadable | CBAttributePermissionsWriteable];
    //初始化描述
    CBUUID *CBUUIDCharacteristicUserDescriptionStringUUID = [CBUUID UUIDWithString:CBUUIDCharacteristicUserDescriptionString];
    CBMutableDescriptor *descriptor = [[CBMutableDescriptor alloc]initWithType: CBUUIDCharacteristicUserDescriptionStringUUID value:@"iOS BLE详解"];
    //特征添加描述
    [characteristicset Descriptors:@[descriptor]];
  //初始化服务
    CBMutableService *service =[[CBMutableService alloc]initWithType:[CBUUID UUIDWithString:@"FFF0"] primary:YES];
  //服务添加特征
    NSMutableArray *characteristics = [service.characteristics mutableCopy];
    [characteristics addObject:characteristic];
    service.characteristics = [characteristics copy];

//5.初始化外设
myPeripheral = [[CBPeripheralManager alloc]initWithDelegate:self queue:dispatch_get_global_queue(0, 0)];

至此，预备工作已经全部准备完成。

//6.实例化外设后进入的回调方法
- (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral；

在这个方法中需要判断蓝牙的状态（perpheral.state）

CBManagerStatePoweredOff        蓝牙已关闭
CBManagerStatePoweredOn         蓝牙已启用

//6.1如果蓝牙启用，在外设实例中添加服务
- (void)addService:(CBMutableService *)service;

//7.添加服务后进入的回调方法
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didAddService:(CBService *)service error:(nullable NSError *)error;
//7.1开始广播
- (void)startAdvertising:(nullable NSDictionary<NSString *, id> *)advertisementData;

广播字段

CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey      服务的UUID
CBAdvertisementDataLocalNameKey         外设名

注意： iOS设备当做外设，广播的数据包，只能包含两个字段： 服务的UUID和外设名 ，新增其他字段会导致程序的崩溃。也就是说，如果想要进行数据的传输，必须通过连接的方式进行

//8.开始广播后进入的回调方法
- (void)peripheralManagerDidStartAdvertising:(CBPeripheralManager *)peripheral error:(nullable NSError *)error;

现在，初始化蓝牙外设后自动调用的方法已经全部介绍完了

注意事项:

1.上述回调方法为依次调用，当其中一个方法error不为nil，那么接下来的回调方法并不会被调用

2.如果添加的服务为空，也不会调用 回调方法7

//实例化外设后进入的回调方法
    - (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral{
switch (peripheral.state) {
    case CBManagerStatePoweredOn:
        NSLog(@"蓝牙已开启");
        //外设添加服务
        [myPeripheral addService:service];//可以事先将service设置为全局变量
        }
        break;
    case CBManagerStatePoweredOff:
        NSLog(@"蓝牙已关闭");
        break;
    default:
        break;
}
}
    
    //外设添加服务后的回调
    - (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didAddService:(CBService *)service error:(NSError *)error{
    if (error) {
    NSLog(@"添加服务失败：Error == %@", error);
    return;
    }       
  //开始广播
    [myPeripheral startAdvertising:@{
                                     CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey :@[service.UUID],
                                     CBAdvertisementDataLocalNameKey : @"BLEPeripheral"
                                     }];
}

  //开始广播后进入的回调
  - (void)peripheralManagerDidStartAdvertising:(CBPeripheralManager *)peripheral error:(NSError *)error{
if (error == nil) {
    NSLog(@"发射广播成功");
}else{
    NSLog(@"发射广播失败：Error == %@", error);
}
}

下面几个方法为与主设备连接之后，回应主设备请求时进入的回调方法

当主设备执行订阅/取消订阅特征时：enabled（YES 订阅 NO 取消订阅）

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

//9.主设备订阅特征后进入的回调
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral central:(CBCentral *)central didSubscribeToCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

在初始化时，我们将特征的值置为nil，现在当主设备订阅特征后，可以实时的更新特征的值

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

-(void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral central:(CBCentral *)central didSubscribeToCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic{
    timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:weakSelf selector:@selector(updateC) userInfo:characteristic repeats:YES];
    NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop mainRunLoop];
    [runLoop addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
}       
    - (void)updateC
{
[myPeripheral updateValue:[@"1" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] forCharacteristic:(CBMutableCharacteristic *)[timer userInfo] onSubscribedCentrals:nil];
}

//9.1主设备取消订阅后进入的回调
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral central:(CBCentral *)central didUnsubscribeFromCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

主设备读取特征的值时：

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

//10.主设备读取特征的值后进入的回调
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didReceiveReadRequest:(CBATTRequest *)request

主设备写入特征的值时：

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

//11.主设备写入特征的值后进入的回调
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didReceiveWriteRequests:(NSArray<CBATTRequest *> *)requests;

request:请求

请求中常用到几个属性

request.value 请求的值

request.characteristic 请求操作的特征

当进行读的回调时，可以把特征的值赋给请求的值

当进行写的回调时，可以把请求的值赋给特征的值

    //读取特征时进入的回调
    - (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didReceiveReadRequest:(CBATTRequest *)request{
    //判断特征是否有读的权限
if (request.characteristic.properties & CBCharacteristicPropertyRead) {
     [request setValue:request.characteristic.value];//当然也可以进行其他操作~
    //读取成功的响应
    [myPeripheral respondToRequest:validRequset withResult:CBATTErrorSuccess];
}else
    //读取失败的响应
    [myPeripheral respondToRequest:validRequset withResult:CBATTErrorWriteNotPermitted];
}
}
   //写入特征时进入的回调
   - (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didReceiveWriteRequests:(NSArray *)requests{
  //判断特征是否有写的权限
  if (request.characteristic.properties & CBCharacteristicPropertyWrite) {
    // <--写入前需要先转化为CBMutableCharacteristic--> //
        CBMutableCharacteristic *characteristic =(CBMutableCharacteristic *)request.characteristic;
        characteristic.value = request.value;
  //写入成功的响应
    [myPeripheral respondToRequest:request withResult:CBATTErrorSuccess];
}else{
 //写入失败的响应
    [myPeripheral respondToRequest:request withResult:CBATTErrorWriteNotPermitted];
}
}

当主设备订阅某个特征后，会持续调用读取特征的值的方法：（readValueForCharacteristic）
外设也就会持续调用方法：（didReceiveReadRequest）

BLE外设小结

作为外设想要对外传送数据时，可以配合Light Blue进行测试，如果能够获取到数据，那么说明数据已经成功的发送啦~

二、Be Central(当做主设备使用)

使用场景：通过iOS设备获取到外部蓝牙的广播信息

实现方式： iOS设备获取数据可以分为两种方式，连接或不连接蓝牙外设。不连接：可以通过扫描外部蓝牙设备，直接拿到蓝牙对外广播的数据包（advertisementData）；连接：与蓝牙设备连接，进行数据的读取和写入等相关操作

使用限制： 通过不连接的方式获取数据包时，数据包内容必须符合蓝牙标准协议，iOS会对蓝牙发出的数据进行初步处理，如果与蓝牙协议不符，那么是无法从advertisementData中读到相关字段的，这是同安卓设备的不同之处。

使用方法及对应回调详解

1.引入头文件，添加代理，设置全局
<CBCentralManagerDelegate, CBPeripheralDelegate>两个都要引入
@interface CentralManager : NSObject
{
CBCentralManager *myCentral;
}
2.初始化中心设备
myCentral = [[CBCentralManager alloc]initWithDelegate:self queue:dispatch_get_global_queue(0, 0)];
3.实例化中心设备后进入回调方法
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central;

在该方法中判断当前设备的蓝牙状态，如果蓝牙开启成功（CBManagerStatePoweredOn），那么开始扫描蓝牙设备

3.1扫描蓝牙设备的方法
- (void)scanForPeripheralsWithServices:(nullable NSArray<CBUUID *> *)serviceUUIDs options:(nullable NSDictionary<NSString *, id> *)options;

    4.扫描外设后进入的回调方法
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI;

advertisementData:外设携带的广播数据
RSSI：信号强度
在该方法中可以根据设备名（peripheral.name）或一些信息（如：信号强度）对外设进行过滤，只关心我们需要的数据，并可以和对应设备进行连接

4.1连接蓝牙设备的方法
- (void)connectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral options:(nullable NSDictionary<NSString *, id> *)options;

5.连接蓝牙设备失败后进入的回调方法
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error;
6.与蓝牙设备连接断开进入的回调方法
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error;

可以在这5.6两个方法中重新调用4.1方法进行重连

7.与蓝牙设备连接成功进入的回调方法
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral;

在这里再说明一下蓝牙外设发出数据的结构：外设（Peripheral）包含若干个服务（Service），每个服务又包含若干个特征（Characteristic），每个特征又包含若干个描述信息（Descriptor）

连接成功后，设置外设代理，并开始扫描外设的服务

7.1设置代理
[peripheral setDelegate:self];

7.2扫描外设服务的方法
- (void)discoverServices:(nullable NSArray<CBUUID *> *)serviceUUIDs;

serviceUUIDs ：设置为nil，扫描全部服务，也可以指定扫描特定的服务，如果外设不存在服务，或指定的服务不存在，那么是不会进入到下面的代理方法中的

8.扫描到外设服务后进入的方法
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error;

扫描到服务后开始扫描特征

8.1扫描服务特征的方法
- (void)discoverCharacteristics:(nullable NSArray<CBUUID *> *)characteristicUUIDs forService:(CBService *)service;

characteristicUUIDs：设置为nil，扫描全部特征，也可以指定扫描特定的特征，如果服务不存在特征，或指定的特征不存在，那么是不会进入到下面的代理方法中的

9.扫描到服务特征后进入的方法
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error

9.1扫描服务描述的方法
- (void)discoverDescriptorsForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

10.扫描到服务描述后进入的方法
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverDescriptorsForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error;

注意： 此时如果想获取特征或描述的值，是获取不到的，获取值要使用读取方法，在下面会介绍到读取特征和描述的方法，另外只有在扫描到特征（描述）的回调方法里才能读取特征（描述）。

11.读取特征值的方法
- (void)readValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

characteristic：应为方法9中扫描到的特征

11.1读取到特征的值后进入的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error;

12.读取描述值的方法
- (void)readValueForDescriptor:(CBDescriptor *)descriptor;

descriptor：应为方法10中扫描到的描述

12.1读取到描述的值后进入的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForDescriptor:(CBDescriptor *)descriptor error:(NSError *)error;

13.订阅特征的方法
- (void)setNotifyValue:(BOOL)enabled forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;

enabled：YES 订阅  NO 取消订阅

订阅特征后，会自动持续的调用读取特征值的方法（方法11）

13.1订阅特征后进入的回调
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateNotificationStateForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error;

/**
实例化蓝牙进入的回调方法

@param central 中心设备
 */
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central
{

switch (central.state) {
    case CBManagerStateUnknown:
        NSLog(@"蓝牙开启失败");
        break;
    case CBManagerStateResetting:
        NSLog(@"蓝牙开启失败");
        break;
    case CBManagerStateUnsupported:
        NSLog(@"蓝牙开启失败，当前设备不能设置为中心设备");
        break;
    case CBManagerStateUnauthorized:
        NSLog(@"蓝牙开启失败，当前设备不支持低功耗蓝牙模式");
        break;
    case CBManagerStatePoweredOff:
        NSLog(@"蓝牙开启失败，请启动蓝牙开关");
        break;
    case CBManagerStatePoweredOn:
        NSLog(@"蓝牙开启成功");
        [central scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil];//扫描外设
        break;
    default:
        break;
}
}
/**
 蓝牙开启成功进入的回调，开始扫描外设

@param central 中心设备
@param peripheral 外设
@param advertisementData 外设携带的信息
@param RSSI 外设信号
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI
{
 if ([peripheral.name containsString:@"leoolin"]) {//过滤外设
            [central connectPeripheral:peripheral options:nil];
        }     
}
/**
外设连接失败的回调方法

@param central 中心设备
@param peripheral 外设
@param error 错误信息
*/
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error
{
}
/**
与外设断开连接的回调方法

@param central 中心设备
@param peripheral 外设
@param error 错误信息
*/
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error
{
}
/**
 与外设连接成功进入的回调方法，并开始扫描服务

@param central 中心设备
@param peripheral 外设
*/
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
      [peripheral discoverServices:nil];
}
/**
 扫描到服务进入的回调，并开始扫描特征

 @param peripheral 外设
 @param error 错误信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error
{
     for (CBService *service in peripheral.services) {//取出查询的服务
        [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];
      //  [peripheral readValueForCharacteristic:characteristic];
      //  [peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:characteristic];
           }
}
/**
扫描到特征进入的回调，并开始扫描特征的描述

@param peripheral 外设
@param service 服务
@param error 错误信息
*/
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error
{
for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics){
    [peripheral discoverDescriptorsForCharacteristic:characteristic];
}
}

/**
 获取到描述进入的回调方法


 @param peripheral 外设
 @param characteristic 特征
 @param error 错误信息
*/
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverDescriptorsForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error
{
  [peripheral readValueForDescriptor:descriptor];
}
/**
读取到特征的值时进入的回调
(readValueForCharacteristic的回调)

@param peripheral 外设
@param characteristic 特征
@param error 错误信息
*/
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error{
    NSLog(@"读取特征：%@",characteristic.value);
}

/**
读取到描述的值时进入的回调
 (readValueForDescriptor的回调)

 @param peripheral 外设
 @param descriptor 描述
 @param error 错误信息
*/
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForDescriptor:(CBDescriptor *)descriptor error:(NSError *)error
 {
    NSLog(@"descriptor value:%@",descriptor.value);
}

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