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小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力

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发表于 2018-5-26 09:02:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
生活圈制作
在无线通信领域,蓝牙是最基础又常用的能力。蓝牙组网十分简单,两设备间做个配对就可以建立起连接,其通信距离理论值为10米至100米以内,是近距离通信应用场景的首选。今天我们想跟大家分享小程序连接蓝牙的能力。


目前蓝牙最为普遍的两种规格为蓝牙基础率/增强数据率 (BR/EDR) 和低功耗 (LE) 蓝牙。

蓝牙基础率/增强数据率 (BR/EDR) 是经典的蓝牙协议,常用在对数据传输带宽有一定要求的场景上,比如需要传输音频数据的蓝牙音箱等;

低功耗 (LE) 蓝牙是从蓝牙4.0起支持的协议,特点就是耗电极低、传输速度更快,常用在对续航要求较高且只需小数据量传输的各种智能电子产品中,包括心率监测仪器、体温计、血糖仪、智能穿戴设备、胎压监测和电子烟等等,应用场景广泛,所以小程序在很早的版本(基础库 1.1.0)就优先支持了低功耗蓝牙能力。

我们在开发基于低功耗蓝牙接口的小程序时,需要先理解一下蓝牙在连接和通信过程中的一些概念。

工作模式

低功耗蓝牙协议给设备定义了若干角色,其中最主要的角色是:外围设备(Peripheral)与中心设备(Central)。

1
外围设备是用来提供数据,通过不停地向外广播数据,让中心设备发现自己。

2
中心设备会扫描外围设备,发现有外围设备存在后,可以与之建立连接,之后就可以使用外围设备提供的服务(Service)。一般而言,手机会担任中心设备的角色,利用外围设备提供的数据进行处理或展示等等。因此,小程序提供低功耗蓝牙接口是默认设定手机为中心设备的。

通信协议

在两个蓝牙设备建立连接之后,双方的数据交互是基于一个叫做 GATT (Generic Attribute Profile) 的规范,根据该规范可以定义出一个个配置文件(Profile),描述该蓝牙设备提供的服务(Service)。

在整个通信过程中,有三个最主要的概念:配置文件(Profile)、服务(Service)、特性(Characteristic)。

1
Profile 并不真实存在于蓝牙设备中,它只是被蓝牙标准预先定义的一些 Service 的集合,如果蓝牙设备之间要相互兼容,它们只要支持相同的 Profile 即可。一个蓝牙设备可以支持多个 Profile。

2
Service 可以理解为蓝牙设备提供的服务,一个设备可以提供多个服务,比如电量信息服务、系统信息服务等。每个 Service 又包含多个 Characteristic 特性值,比如电量信息服务就会有个 Characteristic 表示电量数据,同时还会有一个 16bit 或 128bit 的 UUID 唯一标识该服务,像微信硬件平台的蓝牙智能灯的主服务 UUID 为 0xFEE7。16 bit 的 UUID 实际上是 128 bit 的缩短版,接收方收到后会补上蓝牙的 UUID 基数,目的是为了提高传输效率。

3
Characteristic 是在 GATT 规范中最小的逻辑数据单元,由一个 value 和多个描述特性的 Desciptor 组成。实际上,在与蓝牙设备打交道,主要就是通过读写 Characteristic 的 value 完成。同样的,Characteristic 也是通过一个 16bit 或 128bit 的 UUID 唯一标识。

总结一下,如下图所示,我们可以简单地理解为:每个蓝牙设备可能提供多个 Service,每个 Service 可能有多个 Characteristic,我们根据蓝牙设备的协议用对应的 Characteristic 进行读写即可达到与其通信的目的。

小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力

小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力


在理解了上面的模式和概念后,接下来我们看看如何可以使用小程序提供的蓝牙接口。

Step 1 :扫描并发现蓝牙外围设备
扫描并发现蓝牙外设。如果蓝牙功能未开启,可监听蓝牙状态变化以便自动进入下一步,提升用户体验。

小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力

小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力


Step 2 :连接蓝牙外围设备
若之前连接过某个设备,可跳过扫描步骤,直接传入 deviceId 连接。

小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力

小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力


Step 3 :查找蓝牙外围设备的服务

小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力

小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力


Step 4 : 读写指定服务的特性值

小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力

小程序•小故事(11)——低功耗蓝牙能力


基本上,小程序暴露出来的蓝牙接口都是系统级 API ,但在使用流程上对安卓和 iOS 两个平台做了统一,因此在使用这一套接口时也会出现一些因系统限制而导致的问题,在这里我们整理了一些常见的问题供开发者参考:

1
在安卓上,部分机型无定位权限或者是定位开关未打开时会搜不到设备。原因是蓝牙功能是可以获取到定位的,系统基于安全考量,使用蓝牙接口时必须要有定位权限,否则搜索不到;

2
在安卓上,部分机型获取设备服务时会多出 00001800 和 00001801 UUID 的服务,这是系统行为,注意不要使用这两个服务;

3
建立连接和关闭连接必须要成对调用。如果未能及时关闭连接释放资源,容易导致 state 133 GATT ERROR的异常;

4
与蓝牙设备通信的 MTU(最大传输单元)系统限定为 20 字节,如果超过则会出错,这里应该根据蓝牙设备协议进行分片传输。

更多有关小程序连接蓝牙功能的信息,可查阅[接口文档]



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