蓝牙 BLE CoreBluetooth 初探

蓝牙

Bluetooth 4.0之后就将通讯模式分为高速及低速，低速低耗能简称为BLE，可以连接一些量测型的感测器类型像：心跳计、血压…等，使得iDevice可以不用再使用Dock方式制作产品，也不需要再经过MFi认证才能与iDevice连接，如此一来可以增加APP型态的多元，也能间阶的降低一些成本，如果想要跟BLE周边连接，iOS 5之后提供corebluetooth framework与周边连接，整流程中为Discover、Connect、Explore、Interact，下面文章将会从iDevice连线至BLE周边读取资料为例子介绍。

Discover/Connect

依照箭头方向由上而下为顺序依序完成Discover、Connect流程。

CBCentralManager

使用CoreBluetooth Framework中，主要管理连线的是CBCentralManager这个Object，它掌控整个BLE状态的管理，使用时要先对CBCentralManager初始化：

//-----------start-----------
CBCentralManager *CM = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];
//------------end------------

现在就开始往下介绍。

centralManagerDidUpdateState

在一开始宣告初CBCentralManager时就有指定Delegate为self，并且必需要在.h内加上Delegate宣告：

//-----------start-----------
@interface TestCoreBluetooth : NSObject<CBCentralManagerDelegate> {
:
:
:
}
//------------end------------

宣告完成后，再加入centralManagerDidUpdateState这个Delegate内容，

//-----------start-----------
-(void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager*)cManager
{
    NSMutableString* nsmstring=[NSMutableString stringWithString:@"UpdateState:"];
    BOOL isWork=FALSE;
    switch (cManager.state) {
        case CBCentralManagerStateUnknown:
            [nsmstring appendString:@"Unknown\n"];
            break;
        case CBCentralManagerStateUnsupported:
            [nsmstring appendString:@"Unsupported\n"];
            break;
        case CBCentralManagerStateUnauthorized:
            [nsmstring appendString:@"Unauthorized\n"];
            break;
        case CBCentralManagerStateResetting:
            [nsmstring appendString:@"Resetting\n"];
            break;
        case CBCentralManagerStatePoweredOff:
            [nsmstring appendString:@"PoweredOff\n"];
            if (connectedPeripheral!=NULL){
                [CM cancelPeripheralConnection:connectedPeripheral];
            }
            break;
        case CBCentralManagerStatePoweredOn:
            [nsmstring appendString:@"PoweredOn\n"];
            isWork=TRUE;
            break;
        default:
            [nsmstring appendString:@"none\n"]; 
            break;
    }
    NSLog(@"%@",nsmstring);
    [delegate didUpdateState:isWork message:nsmstring getStatus:cManager.state];
}
//------------end------------

centralManagerDidUpdateState的Delegate是用来得知蓝牙目前的状态，所以会有个结果是用来判断iDevice是否支援BLE，因为BLE是在iphone 4s、New iPad之后才有的，现阶段还是需要侦测使用的环境，当然可以根据这些状态的口报来决定APP的功能或其他提示使用者的动作。

scanForPeripheralsWithServices

先前确定周边支援BLE且运作正常后，我们就要来开启BLE搜寻功能来寻找BLE的周边，当周边接收到搜寻功能的广播讯息时，依照BLE通讯规范，周边会在一定时间内回复，所以我们在此可以设定2秒的Timer计时器，当时间一到就停止scan的功能。

//-----------start-----------
CBCentralManager *CM = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];
[CM scanForPeripheralsWithServices:nil options:options];
[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0f target:self selector:@selector(scanTimeout:) userInfo:nil repeats:NO];
//------------end------------

设定2秒后触发执行scanTimeoutmethod，再将scanForPeripheralsWithServices的值设为nil，代表搜寻的Service type不受限制，当你搜寻特定时，就必需要将它的UUID填入，像范例这样：

//-----------start-----------
 NSArray    *uuidArray= [NSArray arrayWithObjects:[CBUUID UUIDWithString:@"180D"], nil];
        [CM scanForPeripheralsWithServices:uuidArray options:options];
//------------end------------

其中UUIDWithString:@"180D"的180D就是Heart Rate Service type，一旦指定Service type，结果就只会将周边有Heart Rate类型一一列出来，要了解更多的Service Type可以到Bluetooth官网查询。当您了解Service type是哪一种类型时就可以来做对应的流程及资料的解析，也可以制作出符合一般标准周边的通用APP。

didDiscoverPeripheral

didDiscoverPeripheral属于Delegate功能，所以要按照它预设的宣告将要处理的过程写在里面，格式如下：

//-----------start-----------
-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI
{

//处理过程

}
//------------end------------

advertisementData会报告可以连线的周边内容，如果将它印出来会像这样：

//-----------start-----------
adverisement:{
    kCBAdvDataLocalName = "INFOS 4090v35.05";
    kCBAdvDataServiceUUIDs =     (
        "Unknown (<fff0>)"
    );
    kCBAdvDataTxPowerLevel = 0;
}

//------------end------------

RSSI是讯号的强度，是以NSNumber Object存在，取得后可以依照NSNumber的方式整数值做处理与转换，接下来我们将一些资讯列印出来，整个范例可以是这样子：

//-----------start-----------

-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI
{

    NSMutableString* nsmstring=[NSMutableString stringWithString:@"\n"];
    [nsmstring appendString:@"Peripheral Info:"];
    [nsmstring appendFormat:@"NAME: %@\n",peripheral.name];
    [nsmstring appendFormat:@"RSSI: %@\n",RSSI];

    if (peripheral.isConnected){
        [nsmstring appendString:@"isConnected: connected"];
    }else{
        [nsmstring appendString:@"isConnected: disconnected"];
    }
    NSLog(@"adverisement:%@",advertisementData);
    [nsmstring appendFormat:@"adverisement:%@",advertisementData];
    [nsmstring appendString:@"didDiscoverPeripheral\n"];
    NSLog(@"%@",nsmstring);

}

//------------end------------

结果输出：

//-----------start-----------
2013-02-25 14:43:17.243 gw-health-01[141:907] 
Peripheral Info:NAME: INFOS 4090v35.05
RSSI: -69
isConnected: disconnected
adverisement:{
    kCBAdvDataServiceUUIDs =     (
        "Unknown (<fff0>)"
    );
}
//------------end------------

如果有发现可连线的BLE周边，它就会不断的执行didDiscoverPeripheral，并将资讯传入，利用这个方式将每次得到的结果存入Array，就可以得到搜寻周边的结果然后再提供给USER选择，或是从中可以去判断某个特别的周边是否存在而决定要不要连线。

stopScan

执行scanForPeripheralsWithServices 扫描周边设定2秒的Timer，当时间到时就停止scan，一般2秒内无反应就可以当作是没有其他周边回应，承上面scanForPeripheralsWithServices中有设定Timer去呼叫scanTimeout，所以将stopScan写在scanTimeout里面：

//-----------start-----------
- (void) scanTimeout:(NSTimer*)timer
{
    if (CM!=NULL){
            [CM stopScan];
    }else{
        NSLog(@"CM is Null!");
    }
    NSLog(@"scanTimeout");
}

//------------end------------

connectPeripheral

didDiscoverPeripheral得到的BLE周边列表让User选择要连线的BLE，再将 CBPeripheral传入connectPeripheral进行连线，格式：

//-----------start-----------
 [CBCentralManager connectPeripheral:CBPeripheral* options:NSDictionary*]
//------------end------------

在此将它包装成一个connect Method，

//-----------start-----------
- (void) connect:(CBPeripheral*)peripheral
{

    if (![peripheral isConnected]) {
        [CM connectPeripheral:peripheral options:nil];
        connectedPeripheral=peripheral;
    }

}

//------------end------------

option传入nil，connectPeripheral传入Method connect的值。

didConnectPeripheral

执行connectPeripheral之后并连线成功后就会引发didConnectPeripheral的Delegate：

//-----------start-----------
-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
:
:
:

}
//------------end------------

在这里有个重点，连线成功后引发Delegate时，就必需要针对其CBPeripheral马上进行discoverServices的动作，去了解周边提供什么样的Services

执行discoverServices之后又会引发另一个didDiscoverServicesDelegate，不过这会在Explore中介绍。

Explore

Discover/Connect 中使用CBCentralManager进行连线/搜寻BLE周边的功能，连线之后需要靠的是CBPeripheral来传送/接收资料。

CBPeripheral

//-----------start-----------
@interface DYCoreBluetooth : NSObject<CBCentralManagerDelegate, CBPeripheralDelegate> {

:
:
:

}

//------------end------------

之后连线的重点全都是在Delegate的互动，查看Service Type或是有什么样的Services可以提供。

didConnectPeripheral

前面有稍为介绍didConnectPeripheral，这是在连线成功后就会引发的Delegate，但一定要在这里执行一些Method才可以顺利的引发另一个CBPeripheral的Delegate去查看有什么样的Services

//-----------start-----------
-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
    NSLog(@"Connect To Peripheral with name: %@\nwith UUID:%@\n",peripheral.name,CFUUIDCreateString(NULL, peripheral.UUID));

    peripheral.delegate=self;
    [peripheral discoverServices:nil];//一定要执行"discoverService"功能去寻找可用的Service

}

//------------end------------

例子中已经将peripheral.delegate=self，接下来进行peripheral的任何动做引发的Delegate都在这个Object中，执行discoverServicesMethod，让它去寻找Services，一找到Services就又会引发didDiscoverServicesDelegate，这样我们就可以了解有什么Services。

didDiscoverServices

从这里开始就是最关键

//-----------start-----------
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error {
    NSLog(@"didDiscoverServices:\n");
    if( peripheral.UUID == NULL  ) return; // zach ios6 added
    if (!error) {
        NSLog(@"====%@\n",peripheral.name);
        NSLog(@"=========== %d of service for UUID %@ ===========\n",peripheral.services.count,CFUUIDCreateString(NULL,peripheral.UUID));

        for (CBService *p in peripheral.services){
            NSLog(@"Service found with UUID: %@\n", p.UUID);
            [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:p];
        }

    }
    else {
        NSLog(@"Service discovery was unsuccessfull !\n");
    }

}

//------------end------------

peripheral.services.count会知道有多少个Services，在每个Servces中还会有Characteristics需要了解，所以会针对每个Service来执行 peripheral discoverCharacteristics: forService:去知道每个Service下有多少个Characteristics提供传送/接收的沟通，在执行discoverCharacteristics后也引发didDiscoverCharacteristicsForService Delegate，最后再由didDiscoverCharacteristicsForService真正的判断什么样的Service、什么样的Characteristic再进行之后收到的资料的处理动作，例如：发现2A37的Characteristic，就要进行注册通知，到时候BLE周边发讯息过来才会立即的得到通知并得到资料。

didDiscoverCharacteristicsForService

整个最关键的地方就是这个Delegate，程式架构如下：

//-----------start-----------
-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error
{

:
:
:

}

//------------end------------

Interact

完成didDiscoverCharacteristicsForService之后，整个连线过程算是完成，之后的didUpdateValueForCharacteristicDelegate是整个资料接收动作都在这发生，经过接收到的资料进行即时处理就可以取得BLE周边的讯息，如果必需要将资料传至BLE周边时，再使用writeValue的Method将资料出，以上为BLE连线最基本使用方式就大致上完成。

didDiscoverCharacteristicsForService

由Apple提供的资料撷取某部分来了解架构，等下程式就是利用这架构去寻访所有的CharacteristicsForService

每个Servic下都会有很多的Characteristics，Characteristics是提供资料传递的重点，它会有个UUID编号，再由这个编号去Bluetooth 官方查表得到是哪种资料格式，知道格式后就能去将资料解开并加以使用。

真正的例子：

//-----------start-----------
-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error
{

    CBService *s = [peripheral.services objectAtIndex:(peripheral.services.count - 1)];
    NSLog(@"=========== Service UUID %s ===========\n",[self CBUUIDToString:service.UUID]);
    if (!error) {
        NSLog(@"=========== %d Characteristics of service ",service.characteristics.count);

        for(CBCharacteristic *c in service.characteristics){

            NSLog(@" %s \n",[ self CBUUIDToString:c.UUID]);
          //  CBService *s = [peripheral.services objectAtIndex:(peripheral.services.count - 1)];
            if(service.UUID == NULL || s.UUID == NULL) return; // zach ios6 added


            //Register notification
            if ([service.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"180D"]])

            {
                if ([c.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"2A37"]])
                {
                    [self notification:service.UUID characteristicUUID:c.UUID peripheral:peripheral on:YES];
                    NSLog(@"registered notification 2A37");
                }
                if ([c.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"2A38"]])
                {
                    [self notification:service.UUID characteristicUUID:c.UUID peripheral:peripheral on:YES];
                    NSLog(@"registered notification 2A38");
                }
                if ([c.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"2A39"]])
                {
                    [self notification:service.UUID characteristicUUID:c.UUID peripheral:peripheral on:YES];
                    NSLog(@"registered notification 2A39");
                }

            }

        }
        NSLog(@"=== Finished set notification ===\n");


    }
    else {
        NSLog(@"Characteristic discorvery unsuccessfull !\n");

    }
    if([self compareCBUUID:service.UUID UUID2:s.UUID]) {//利用此来确定整个流程都结束后才能设定通知
        [delegate didConnected:peripheral error:error];
        NSLog(@"=== Finished discovering characteristics ===\n");
        //全部服务都读取完毕时才能使用！

    }

}

//------------end------------

上面例子是以Heart Rate(180D)为主，

Heart Rate的规格来说，0x2A37可以得到心跳的数据，所以针对此项进行注册通知，一旦有新的数据就会传入新的数据资料并呼叫didUpdateValueForCharacteristicDelegate，来得到每次的心跳数据更新。

//-----------start-----------
 [(CBPeripheral *)p setNotifyValue:(BOOL) forCharacteristic:CBCharacteristic *)]

//------------end------------

将Characteristic的Point传入并设定setNotifyValue:on就完成注册通知，之后如果有更新资料时就会引发didUpdateValueForCharacteristic Delegate，再进行资料处理。

notification

在设定注册通知过程有点繁杂，所以我自行撰写一个Method为notification，它可以从Service UUID及Characteristic UUID来找到Service与Characteristic的Object Point：。

//-----------start-----------
-(void) notification:(CBUUID *) serviceUUID characteristicUUID:(CBUUID *)characteristicUUID peripheral:(CBPeripheral *)p on:(BOOL)on {

    CBService *service = [self getServiceFromUUID:serviceUUID p:p];
    if (!service) {
        if (p.UUID == NULL) return; // zach ios6 addedche
        NSLog(@"Could not find service with UUID on peripheral with UUID \n");
        return;
    }
    CBCharacteristic *characteristic = [self getCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service];
    if (!characteristic) {
        if (p.UUID == NULL) return; // zach ios6 added
        NSLog(@"Could not find characteristic with UUID  on service with UUID  on peripheral with UUID\n");
        return;
    }
    [p setNotifyValue:on forCharacteristic:characteristic];

}


-(CBService *) getServiceFromUUID:(CBUUID *)UUID p:(CBPeripheral *)p {

    for (CBService* s in p.services){
        if ([self compareCBUUID:s.UUID UUID2:UUID]) return s;
    }
    return nil; //Service not found on this peripheral
}

-(CBCharacteristic *) getCharacteristicFromUUID:(CBUUID *)UUID service:(CBService*)service {

    for (CBCharacteristic* c in service.characteristics){
        if ([self compareCBUUID:c.UUID UUID2:UUID]) return c;
    }
    return nil; //Characteristic not found on this service
}
//------------end------------

使用时只需要将Service/Characteristic的UUID及得到周边的Peripheral物件传入，并设定是on(YES)或off(NO)就完成。

didUpdateValueForCharacteristic

didUpdateValueForCharacteristic在连线完成后对于数据资得的取得显的非常重要，范例中有比对2个UUID为2A37与2A38

//-----------start-----------
-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error
{

    if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"2A37"]])
    {
        if( (characteristic.value)  || !error )
        {

        }
    }

    if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"2A38"]])
    {
        //set refresh int
        uint8_t val = 1;
        NSData* valData = [NSData dataWithBytes:(void*)&val length:sizeof(val)];
        [peripheral writeValue:valData forCharacteristic:characteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];
    }

}

//------------end------------

针对这两个UUID成立时在这个Delegate做对应处理的工作，范例中以2A38来解说一下：

当更新资料为2A38时，程式将直接写入 1 ，为什么写入1呢？在下表中可以了解，1所代表的就是Chest

意思是告诉心跳感测器量测的位置是在胸部的部分。

注意

整个didUpdateValueForCharacteristic在处理时请注意资料格式的解释，往往是因为格式解释错误才会得到不正确的资料。

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2015/01/27	增加延伸阅读

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蓝牙 BLE CoreBluetooth 初探

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didDiscoverPeripheral

stopScan

connectPeripheral

didConnectPeripheral

Explore

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didConnectPeripheral

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didDiscoverCharacteristicsForService

notification

didUpdateValueForCharacteristic

注意

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CoreBluetooth for Central (1) ~ (7)

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