Android Ble藍牙App（五）數據操作

Ble藍牙App（五）數據操作

  • 前言
  • 正文
    • 一、操作內容處理
    • 二、讀取數據
      • ① 概念
      • ② 實操
    • 三、寫入數據
      • ① 概念
      • ② 實操
    • 四、打開通知
      • 一、概念
      • 二、實操
      • 三、收到數據
    • 五、源碼

前言

??關于低功耗藍牙的服務、特性、屬性、描述符都已經講清楚了，而下面就是使用這些知識進行數據的讀取、寫入、通知等操作。

正文

??首先要做的就是根據操作內容進行相應的處理，目前常見的操作有Read、Write、Write no response、Notify和Indicate。

一、操作內容處理

??首先要修改MainActivity中的onPropertyOperate()函數，

    override fun onPropertyOperate(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, operateName: String) {if (!bleCore.isConnected()) showMsg("設備已斷開連接")when (operateName) {READ -> {}WRITE, WRITE_NO_RESPONSE -> {}NOTIFY, INDICATE -> {}BROADCAST, AUTHENTICATED_SIGNED_WRITES, EXTENDED_PROPERTIES -> showMsg(operateName)}}

這里著重看剛才提到的5個操作，在操作之前我們最好判斷一下當前是否處于連接中，在BleCore中增加isConnected()函數，代碼如下所示：

	fun isConnected() = mIsConnected

二、讀取數據

① 概念

??在BLE（Bluetooth Low Energy）通信中，Ble Read（讀操作）是一種用于從BLE服務器設備讀取數據的操作。

當一個BLE設備（稱為客戶端）需要獲取另一個BLE設備（稱為服務器）上的數據時，可以使用Ble Read操作。客戶端向服務器發送讀取請求，并等待服務器返回所請求的數據。

Ble Read操作具有以下特點：

  1. 請求-回復模式：Ble Read操作是一種請求-回復模式的操作，客戶端向服務器發送讀取請求，服務器則回復所請求的數據。這種模式保證了數據傳輸的可靠性和順序性。

  2. 單次數據傳輸：Ble Read操作一次只能讀取一個數據值或一個數據塊。如果需要讀取多個數據值，客戶端需要連續發送多個讀取請求。

  3. 數據的訪問權限：Ble Read操作只能讀取具有權限允許的數據。服務器可以設定數據的訪問權限，例如只允許讀取、只允許寫入、或者讀寫均允許。

??需要注意的是，Read操作可能會引入一定的延遲，因為客戶端需要等待服務器的響應。此外，Read操作的成功取決于服務器是否支持讀取請求，并且客戶端是否具有讀取權限。

② 實操

??當特性擁有Read的屬性時，我們就可以讀取特性的value，在的BleCore的BleGattCallback中，重寫onCharacteristicRead()函數，代碼如下所示：

        /*** 讀取特性回調 Android 13及以上使用*/override fun onCharacteristicRead(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic, value: ByteArray, status: Int) {if (status != BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) returndeviceInfo("讀取特性值(Android 13及以上)：${BleUtils.bytesToHex(value, true)}")}/*** 讀取特性回調 Android 12及以下使用*/@Deprecated("Deprecated in Java")override fun onCharacteristicRead(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic, status: Int) {if (status != BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) returndeviceInfo("讀取特性值(Android 12及以下)：${BleUtils.bytesToHex(characteristic.value, true)}")}

??bytesToHex()是將byte[]轉成Hex的函數，還有hexToBytes的函數，我們在BleUtils中增加這兩個函數，代碼如下所示：

    /*** byte[] to hex* @param isAdd 是否添加 0x 頭*/fun bytesToHex(byteArray: ByteArray, isAdd: Boolean = false): String {val hexChars = "0123456789ABCDEF"val hexString = StringBuilder()for (byte in byteArray) {val value = byte.toInt() and 0xFFval firstIndex = value shr 4 and 0x0Fval secondIndex = value and 0x0FhexString.append(hexChars[firstIndex])hexString.append(hexChars[secondIndex])}return (if (isAdd) "0x" else "" ) + hexString.toString()}/*** hex to byte[]*/fun hexToBytes(hexString: String): ByteArray {val cleanHexString = hexString.replace("\\s".toRegex(), "")val byteArray = ByteArray(cleanHexString.length / 2)for (i in byteArray.indices) {val index = i * 2val byteString = cleanHexString.substring(index, index + 2)val byteValue = byteString.toInt(16).toByte()byteArray[i] = byteValue}return byteArray}

??讀取特性之后如果狀態正常，我們就顯示一下讀取的內容，當我們調用Gatt的readCharacteristic()函數時就會觸發這個回調。下面在BleCore中增加readCharacteristic()函數，代碼如下所示：

    fun readCharacteristic(characteristic: BluetoothGattCharacteristic) {deviceInfo("讀取特性: ${BleUtils.getShortUUID(characteristic.uuid)}")mGatt?.readCharacteristic(characteristic)}

然后修改onPropertyOperate()函數，代碼如下所示：

    override fun onPropertyOperate(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, operateName: String) {when (operateName) {READ -> bleCore.readCharacteristic(characteristic)...}}

下面我們運行一下：

在這里插入圖片描述

三、寫入數據

??讀取數據寫好了，下面我們來看寫入數據，寫入數據要看寫入的方式，有Write和Wirte No Response，我們先了解這兩種方式的區別：

① 概念

??在BLE通信中，有兩種常用的寫操作方式：Ble Write（帶回復的寫操作）和Write No Response（無回復的寫操作）。

  1. Ble Write（帶回復的寫操作）：當一個BLE設備（稱為客戶端）想要向另一個BLE設備（稱為服務器）發送數據時，可以使用Ble Write操作。客戶端向服務器發送數據并等待服務器發送確認回復（Acknowledgment）來表示數據已經被成功接收。這種寫操作是一種可靠的方式，確保數據傳輸的可靠性。

  2. Write No Response（無回復的寫操作）：在某些情況下，客戶端發送的數據并不需要服務器的確認回復，或者在時間上要求更加緊湊的傳輸。這時可以使用Write No Response操作。客戶端向服務器發送數據后，并不會等待服務器的確認回復。這種寫操作通常用于實時傳輸等不需要確認的數據，以減少通信延遲和增加通信吞吐量。

??需要注意的是，Write No Response操作在數據傳輸過程中不提供任何保障機制，例如數據的可靠性、順序性或冪等性等。因此，使用Write No Response操作時需要確保應用場景的需求和通信的可靠性。

② 實操

??寫入數據需要有一個輸入框，因此我就寫了一個彈窗來進行操作，首先寫彈窗布局，在layout下新建一個dialog_write_data.xml，代碼如下所示：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"style="@style/Widget.MaterialComponents.TextInputLayout.OutlinedBox"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="wrap_content"android:background="@color/white"><com.google.android.material.appbar.MaterialToolbarandroid:id="@+id/toolbar"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="?attr/actionBarSize"app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"app:layout_constraintTop_toTopOf="parent"app:title="寫入數據" /><com.google.android.material.textfield.TextInputLayoutandroid:id="@+id/data_layout"style="@style/Widget.MaterialComponents.TextInputLayout.OutlinedBox"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="wrap_content"android:layout_marginStart="16dp"android:layout_marginEnd="16dp"app:boxStrokeColor="@color/black"app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"app:layout_constraintTop_toBottomOf="@+id/toolbar"app:prefixText="0x"><com.google.android.material.textfield.TextInputEditTextandroid:id="@+id/et_data"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="wrap_content"android:hint="HEX數據"android:inputType="text|textCapCharacters"android:lines="1"android:singleLine="true" /></com.google.android.material.textfield.TextInputLayout><Buttonandroid:id="@+id/btn_negative"android:layout_width="wrap_content"android:layout_height="wrap_content"android:layout_marginEnd="18dp"android:layout_weight="1"android:text="取消"app:layout_constraintEnd_toStartOf="@+id/btn_positive"app:layout_constraintTop_toTopOf="@+id/btn_positive" /><Buttonandroid:id="@+id/btn_positive"android:layout_width="wrap_content"android:layout_height="wrap_content"android:layout_marginTop="16dp"android:layout_marginBottom="16dp"android:layout_weight="1"android:text="發送"app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"app:layout_constraintEnd_toEndOf="@+id/data_layout"app:layout_constraintTop_toBottomOf="@+id/data_layout" /></androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

??布局內容比較簡單，只需要一個輸入框兩個按鈕即可，下面我們在MainActivity中寫一個函數來加載這個布局xml顯示彈窗，代碼如下所示：

    /*** 顯示寫入數據彈窗*/private fun showWriteDataDialog(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, operateName: String) {val dialog = BottomSheetDialog(this, R.style.BottomSheetDialogStyle)val writeDataBinding = DialogWriteDataBinding.inflate(layoutInflater)writeDataBinding.toolbar.title = if (operateName == WRITE) "寫入數據" else "寫入無需響應數據"writeDataBinding.btnPositive.setOnClickListener {val inputData = writeDataBinding.etData.text.toString()if (inputData.isEmpty()) {writeDataBinding.dataLayout.error = "請輸入數據"return@setOnClickListener}if (!BleUtils.isHexFormat(inputData)) {writeDataBinding.dataLayout.error = "請輸入有效數據"return@setOnClickListener}bleCore.writeCharacteristic(characteristic, inputData, operateName)dialog.dismiss()}writeDataBinding.btnNegative.setOnClickListener {dialog.dismiss()}dialog.setContentView(writeDataBinding.root)dialog.show()}

??在彈窗中，根據傳入的操作名判斷要以什么方式寫入數據，同時對寫入的數據進行了格式校驗，在BleUtils中增加函數，代碼如下所示：

fun isHexFormat(str: String) = Regex("^([\\dA-Fa-f]{2})+$").matches(str)

??當檢查數據無誤之后我們就可以寫入數據了，調用bleCore.writeCharacteristic(characteristic, inputData, operateName)，在BleCore中增加這個函數，代碼如下所示：

    /*** 寫入特性* @param characteristic 特性* @param data Hex數據* @param operateName 操作名，決定寫入的是 Write 還是 Write No Response*/fun writeCharacteristic(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, data: String, operateName: String) {deviceInfo("寫入特性：${BleUtils.getShortUUID(characteristic.uuid)}，value：0x$data")//寫入類型val writeType = if (operateName == BleConstant.WRITE) BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_DEFAULT else BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_NO_RESPONSE//寫入數據val byteArray = BleUtils.hexToBytes(data)//根據Android版本進行不同的寫入方式 Android 13及以上和以下不同val executionResult = if (isAndroid13()) {mGatt?.writeCharacteristic(characteristic, byteArray, writeType) == BluetoothStatusCodes.SUCCESS} else {characteristic.writeType = writeTypecharacteristic.value = byteArraymGatt?.writeCharacteristic(characteristic)}//執行寫入動作成功不代表寫入數據成功，執行寫入動作失敗，寫入數據一定失敗deviceInfo(if (executionResult == true)  "執行寫入動作成功" else "執行寫入動作失敗")}

??這個函數相對的內容多一些，首先是根據操作名得到寫入的類型，然后獲取寫入的數據，再根據Android的版本去寫入數據，最終調用Gatt的writeCharacteristic()函數進行寫入，寫入屬于一個執行動作，有失敗的可能性，可以根據返回值進行判斷，Android13以前返回的是Boolean，Android13及以上返回的是Int，這里要注意一下。執行之后如果成功了，則會觸發GattCallback的onCharacteristicWrite()回調，下面在BleGattCallback中重寫這個函數，代碼如下所示：

        override fun onCharacteristicWrite(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic, status: Int) {if (status != BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) returnif (BleUtils.isAndroid13()) {gatt.readCharacteristic(characteristic)} else {deviceInfo("寫入成功：${BleUtils.bytesToHex(characteristic.value)}")}}

??這個函數中，如果是Android 13及以上版本，寫入回調中的value是null，需要通過readCharacteristic()函數去獲取寫入的值，但是要確保這個特性有Read屬性，否則讀取不了，這個地方也是我覺得不合理得地方，也有可能是我沒找到對應得方式吧。最后我們修改MainActivity中的onPropertyOperate()函數中的代碼，如下所示：

    override fun onPropertyOperate(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, operateName: String) {when (operateName) {WRITE, WRITE_NO_RESPONSE -> showWriteDataDialog(characteristic, operateName)...}}

??最后我們再修復一個bug，沒錯，前面寫的時候這個bug忽略掉了，那就是在CharacteristicAdapter的onBindViewHolder()函數中，之前在這里對屬性的點擊進行了回調，當時是傳進去一個特性，和一個操作名稱，如圖所示
在這里插入圖片描述
??這里通過position獲取到特性，而這里的position是屬性適配器，而我們要的是特性適配器的position，這樣做的問題就在于使用的時候如果只有一個屬性的話，那么無論有幾個特性，position都是0，也是在調試中發現的這個問題，改完之后代碼如下所示：

    override fun onBindViewHolder(holder: ViewHolder, position: Int) {val characteristic = characteristics[position]val characteristicName = BleUtils.getCharacteristicsName(characteristic.uuid)holder.binding.tvCharacterName.text = characteristicNameholder.binding.tvCharacterUuid.text = if (characteristicName != UNKNOWN_CHARACTERISTICS) BleUtils.getShortUUID(characteristic.uuid) else characteristic.uuid.toString()//加載特性下的屬性holder.binding.rvProperty.apply {layoutManager = LinearLayoutManager(context).apply { orientation = LinearLayoutManager.HORIZONTAL }val properties: List<String> = BleUtils.getProperties(characteristic.properties)adapter = PropertyAdapter(properties, object : OnItemClickListener {//點擊屬性override fun onItemClick(view: View?, position: Int) { callback.onPropertyOperate(characteristic, properties[position]) }})}//加載特性下的描述if (characteristic.descriptors.isEmpty()) {holder.binding.layDescriptors.visibility = View.GONEreturn}holder.binding.rvDescriptor.apply {layoutManager = LinearLayoutManager(context)adapter = DescriptorAdapter(characteristic.descriptors)}}

為了方便查看動作，我們在修改一下BleCore中的deviceInfo()函數代碼，加一個日志打印，代碼如下所示：

        private fun deviceInfo(info: String) {Log.d(TAG, "deviceInfo: $info")mBleCallback?.deviceInfo(info)}

下面運行一下：

在這里插入圖片描述

日志如下所示：

在這里插入圖片描述

四、打開通知

??實際上打開通知的意義就是能夠收到藍牙設備返回的數據，先了解以下相關的概念知識。

一、概念

??Ble Enable Notify是指在藍牙低功耗（BLE）通信中使能通知功能的操作。當設備之間建立了藍牙連接后，設備可以通過特征（Characteristic）來交換數據。通知（Notification）是一種特征的屬性，允許一個設備向另一個設備發送數據，而不需要另一個設備主動請求。

??當一個設備使能了通知功能（Enable Notify），它就可以向另一個設備發送通知，另一個設備只需要注冊監聽這個特征的通知即可接收到數據。這樣可以實現數據的異步傳輸，一旦數據發生變化，發送方會自動發出通知，接收方就可以及時獲取到最新的數據。在BLE開發中，通常需要通過操作特征的屬性來使能或禁用通知功能。

二、實操

??下面我們來實際操作一下，首先在BleCore中增加一個函數，代碼如下所示：

    /*** 開啟或者關閉通知* @param characteristic 特性* @param descriptorUuid 描述UUID* @param operateName 操作名， 決定通過那種方式開啟通知*/fun notifyEnable(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, descriptorUuid: UUID, operateName: String) {//設置特性通知，這一點很重要if (mGatt?.setCharacteristicNotification(characteristic,true) == false) return//描述val descriptor = characteristic.getDescriptor(descriptorUuid)//寫入描述值val value = if (!mIsEnabled) {if (operateName == BleConstant.INDICATE) BluetoothGattDescriptor.ENABLE_INDICATION_VALUE else BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE} else {BluetoothGattDescriptor.DISABLE_NOTIFICATION_VALUE}val executionResult = if (isAndroid13()) {mGatt?.writeDescriptor(descriptor, value) == BluetoothStatusCodes.SUCCESS} else {descriptor.value = valuemGatt?.writeDescriptor(descriptor)}deviceInfo((if (executionResult == true)  "執行啟用動作成功" else "執行啟用動作失敗") + "，value: ${BleUtils.bytesToHex(value, true)}" )}

??因為當前的項目環境是基于Android13，所在在藍牙的一些API處理上，我們都要考慮兼容的問題，我覺得奇怪的是，為什么不在Android12的版本中順便加上去這些改動的API，也不重要，開發者就是這個命，這里的代碼實際上比較簡單，就是根據操作名進行enable的方式，通過一個變量mIsEnabled來決定你是打開通知還是關閉通知，這個變量我們定義在companion object中，代碼如下所示：

    companion object {.../*** 是否開啟通知*/private var mIsEnabled = false}

??調用writeDescriptor()會觸發描述符寫入回調，在BleGattCallback中增加這個回調，代碼如下所示：

        /*** 描述符寫入回調*/override fun onDescriptorWrite(gatt: BluetoothGatt, descriptor: BluetoothGattDescriptor, status: Int) {if (status != BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) returnif (BleUtils.isAndroid13()) {gatt.readDescriptor(descriptor) //讀取描述符} else {mIsEnabled = !descriptor.value.contentEquals(BluetoothGattDescriptor.DISABLE_NOTIFICATION_VALUE)deviceInfo("寫入描述符成功：${BleUtils.bytesToHex(descriptor.value, true)}")}}

??在回調中，處理mIsEnabled的賦值，因為在Android 13中沒有辦法直接獲取描述符結果，而是需要通過readDescriptor()函數獲取，使用這個函數，則會觸發另一個回調函數，同樣是在BleGattCallback中增加這個回調，代碼如下所示：

        /*** 讀取描述符回調 Android 13及以上使用*/override fun onDescriptorRead(gatt: BluetoothGatt, descriptor: BluetoothGattDescriptor, status: Int, value: ByteArray) {if (status != BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) returnmIsEnabled = !value.contentEquals(BluetoothGattDescriptor.DISABLE_NOTIFICATION_VALUE)deviceInfo("讀取描述符成功(Android 13及以上使用)：${BleUtils.bytesToHex(value, true)}")}/*** 讀取描述符回調 Android 12及以上下使用*/@Deprecated("Deprecated in Java")override fun onDescriptorRead(gatt: BluetoothGatt, descriptor: BluetoothGattDescriptor, status: Int) {if (status != BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) returnmIsEnabled = !descriptor.value.contentEquals(BluetoothGattDescriptor.DISABLE_NOTIFICATION_VALUE)deviceInfo("讀取描述符成功(Android 12及以下使用)：${BleUtils.bytesToHex(descriptor.value, true)}")}

??關于mIsEnabled的參數我們還需要修改一下一個地方，那就是在連接設備之后如果發現mIsEnabled 為true，我們改成false。

    fun connect(device: BluetoothDevice) {deviceInfo("連接中...")if (mIsEnabled) mIsEnabled = false...}

然后我們再修改一下MainActivity中的onPropertyOperate()函數，代碼如下所示：

    /*** 屬性操作*/override fun onPropertyOperate(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, operateName: String) {if (!bleCore.isConnected()) showMsg("設備已斷開連接")Log.d("TAG", "onPropertyOperate: ${characteristic.uuid}")when (operateName) {READ -> bleCore.readCharacteristic(characteristic)WRITE, WRITE_NO_RESPONSE -> showWriteDataDialog(characteristic, operateName)NOTIFY, INDICATE -> bleCore.notifyEnable(characteristic, characteristic.descriptors[0].uuid, operateName)BROADCAST, AUTHENTICATED_SIGNED_WRITES, EXTENDED_PROPERTIES -> showMsg(operateName)}}

那么到現在為止我們就寫好了基本的操作方式。

三、收到數據

??下面我們寫一下接收通知的回調，同樣是在BleGattCallback中增加這個回調，代碼如下所示：

        /*** 收到數據回調 Android 13及以上使用*/override fun onCharacteristicChanged(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic, value: ByteArray) {deviceInfo("收到特性值(Android 13及以上)：${BleUtils.getShortUUID(characteristic.uuid)}：${BleUtils.bytesToHex(value, true)}")}/*** 收到數據回調 Android 12及以下使用*/@Deprecated("Deprecated in Java")override fun onCharacteristicChanged(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic) {deviceInfo("收到特性值(Android 12及以下)：${BleUtils.getShortUUID(characteristic.uuid)}：${BleUtils.bytesToHex(characteristic.value, true)}")}

??下面我們運行一下，這里你要以自己的實際設備為準，比如我用的這個設備，包括數據的交互都是廠商自定義的，下面我先開啟Notify然后寫入數據，再看是否有數據返回。

在這里插入圖片描述

??我們再看一下控制臺日志

在這里插入圖片描述

??可以看到在執行寫入動作成功之后，就收到了設備所回復的特征值數據，然后再是收到寫入成功的日志打印。

五、源碼

如果對你有所幫助的話，不妨 Star 或 Fork，山高水長，后會有期~

源碼地址：GoodBle

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FBB FBB簡介FBB組網名詞解釋FBB組網&#xff08;從下至上&#xff09;小結 FBB簡介 FBB&#xff1a;Fixed BroadBand&#xff0c;固定寬帶網絡&#xff0c;是一種依托線纜介質進行傳輸的地面有線網絡&#xff0c;區分與MBB&#xff0c;MBB是移動網絡。 MBB是天上一張網&#x…
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