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iOS学习笔记30-系统服务(三)蓝牙
2016-04-18 15:52:27         来源:执着丶执念的博客  
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一、蓝牙

随着蓝牙低功耗技术BLE(Bluetooth Low Energy)的发展,蓝牙技术正在一步步成熟,如今的大部分移动设备都配备有蓝牙4.0,相比之前的蓝牙技术耗电量大大降低。

在iOS中进行蓝牙传输常用的框架有如下几种:
GameKit.framework
iOS7之前的蓝牙框架,只可用于同应用之间的蓝牙传输。 MultipeerConnectivity.framework
iOS7开始引入的蓝牙框架,用于取代GameKit,也有缺陷,仅支持iOS设备之间蓝牙传输。 CoreBluetooth.framework
功能强大的蓝牙框架,但要求设备必须支持蓝牙4.0,可以支持所有设备蓝牙传输,只要该设备支持蓝牙4.0。

应用的比较多的是CoreBluetooth框架,这里就选择CoreBluetooth框架来讲。

二、CoreBluetooth

当前BLE应用相当广泛,不再仅仅是两个设备之间的数据传输,它还有很多其他应用市场,例如室内定位、无线支付、智能家居等等,这也使得CoreBluetooth成为当前最热门的蓝牙技术。
我的理解中,CoreBluetooth蓝牙通信过程和网络通信过程比较类似。

CoreBluetooth中,蓝牙传输都分为两个部分:
外围设备CBPeripheral
负责发布并广播服务,告诉周围的中央设备它的可用服务和特征,类似于网络通信中的服务端。 中央设备CBCentral
负责和外围设备建立连接,一旦连接成功就可以使用外围设备的服务和特征,类似于网络通信中的客户端

\

外围设备和中央设备交互的桥梁是服务特征<喎"/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">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"" src="/uploadfile/Collfiles/20160418/20160418154719509.png" title="\" />

三、设备作为外围设备

设备作为外围设备的创建步骤:
创建外围设备管理器CBPeripheralManager,并设置代理 创建一个特征CBCharacteristic,绑定一个CBUUID,设置特征属性 创建一个服务CBService,绑定一个CBUUID,设置服务的特征 调用外围设备管理器的对象方法,添加服务到外围设备上
-(void)addService:(CBService *)service;
外围设备管理器开始广播服务
-(void)startAdvertising:(NSDictionary *)dict;
在外围设备管理器的代理方法,处理与中央设备的交互

\

外围设备管理器启动服务的相关代理方法:
/* 外围设备管理器状态发生改变后调用,比如外围设备打开蓝牙的时候 */
- (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral;
/* 外围设备管理器添加了服务后调用,一般在这里进行广播服务 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
            didAddService:(CBService *)service /* 添加的服务 */
                    error:(NSError *)error;/* 添加服务错误信息 */
/* 启动广播服务后调用 */
- (void)peripheralManagerDidStartAdvertising:(CBPeripheralManager *)peripheral 
                                       error:(NSError *)error;/* 启动服务错误信息 */
/* 外围设备恢复状态时调用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
         willRestoreState:(NSDictionary *)dict;
外围设备管理器和中央设备进行交互的代理方法:
/* 中央设备订阅外围设备的特征时调用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral /* 外围设备管理器 */
                  central:(CBCentral *)central /* 中央设备 */
        didSubscribeToCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;/* 订阅的特征 */
/* 中央设备取消订阅外围设备的特征时调用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral /* 外围设备管理器 */
                  central:(CBCentral *)central /* 中央设备 */
        didUnsubscribeFromCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;/* 特征 */
/* 外围设备收到中央设备的写请求时调用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
        didReceiveWriteRequests:(CBATTRequest *)request;/* 写请求 */
外围设备管理器CBPeripheralManager的常用对象方法:
/* 添加服务 */
- (void)addService:(CBService *)service;
/* 开启广播服务,dict设置设备信息 */
- (void)startAdvertising:(NSDictionary *)dict;
/* 更新特征值,centrals为空,表示对所有连接的中央设备通知 */
- (void)updateValue:(NSData *)value /* 特征的特征值 */
        forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic /* 特征 */
        onSubscribedCentrals:(NSArray *)centrals;/* 需要通知更新特征值的中央设备 */
下面是设备作为外围设备的实例:
#import "PeripheralViewController.h"
#import 

#define kPeripheralName         @"Liuting's Device" //外围设备名称,自定义
#define kServiceUUID           @"FFA0-FFB0" //服务的UUID,自定义
#define kCharacteristicUUID     @"FFCC-FFDD" //特征的UUID,自定义

@interface PeripheralViewController ()
@property (strong, nonatomic) CBPeripheralManager *peripheralManager;/* 外围设备管理器 */
@property (strong, nonatomic) NSMutableArray *centralM;/* 订阅的中央设备 */
@property (strong, nonatomic) CBMutableCharacteristic *characteristicM;/* 特征 */
@end
@implementation PeripheralViewController
- (void)viewDidLoad{
    [super viewDidLoad];
    self.centralM = [NSMutableArray array];
    //创建外围设备管理器
    self.peripheralManager = [[CBPeripheralManager alloc] initWithDelegate:self
                                                                     queue:nil];
}
#pragma mark - UI事件
/* 点击更新特征值 */
- (IBAction)changeCharacteristicValue:(id)sender {
    //特征值,这里是更新特征值为当前时间
    NSString *valueStr = [NSString stringWithFormat:@"%@",[NSDate date]];
    NSData *value = [valueStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    //更新特征值
    [self.peripheralManager updateValue:value 
                      forCharacteristic:self.characteristicM 
                   onSubscribedCentrals:nil];
}
#pragma mark - 私有方法
/* 创建特征、服务并添加服务到外围设备 */
- (void)addMyService{
    /*1.创建特征*/
    //创建特征的UUID对象
    CBUUID *characteristicUUID = [CBUUID UUIDWithString:kCharacteristicUUID];
    /* 创建特征
     * 参数
     * uuid:特征标识
     * properties:特征的属性,例如:可通知、可写、可读等
     * value:特征值
     * permissions:特征的权限
     */
    CBMutableCharacteristic *characteristicM = 
        [[CBMutableCharacteristic alloc] initWithType:characteristicUUID 
                                           properties:CBCharacteristicPropertyNotify
                                                value:nil 
                                          permissions:CBAttributePermissionsReadable];
    self.characteristicM = characteristicM;
    //创建服务UUID对象
    CBUUID *serviceUUID = [CBUUID UUIDWithString:kServiceUUID];
    //创建服务
    CBMutableService *serviceM = [[CBMutableService alloc] initWithType:serviceUUID 
                                                                primary:YES];    
    //设置服务的特征
    [serviceM setCharacteristics:@[characteristicM]];
    //将服务添加到外围设备
    [self.peripheralManager addService:serviceM];
}

#pragma mark - CBPeripheralManager代理方法
/* 外围设备状态发生变化后调用 */
- (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral{
    //判断外围设备管理器状态
    switch (peripheral.state) {
        case CBPeripheralManagerStatePoweredOn:
        {
            NSLog(@"BLE已打开.");
            //添加服务
            [self addMyService];
            break;
        }
        default:
        {   
            NSLog(@"此设备不支持BLE或未打开蓝牙功能,无法作为外围设备.");
            break;
        }
    }
}
/* 外围设备恢复状态时调用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
         willRestoreState:(NSDictionary *)dict
{
    NSLog(@"状态恢复");
}
/* 外围设备管理器添加服务后调用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
            didAddService:(CBService *)service 
                   error:(NSError *)error
{
    //设置设备信息dict,CBAdvertisementDataLocalNameKey是设置设备名
    NSDictionary *dict = @{CBAdvertisementDataLocalNameKey:kPeripheralName};
    //开始广播
    [self.peripheralManager startAdvertising:dict];
    NSLog(@"向外围设备添加了服务并开始广播...");
}
/* 外围设备管理器启动广播后调用 */
- (void)peripheralManagerDidStartAdvertising:(CBPeripheralManager *)peripheral 
                                       error:(NSError *)error
{
    if (error) {
        NSLog(@"启动广播过程中发生错误,错误信息:%@",error.localizedDescription);
        return;
    }
    NSLog(@"启动广播...");
}
/* 中央设备订阅特征时调用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
                  central:(CBCentral *)central 
        didSubscribeToCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic
{    
    NSLog(@"中心设备:%@ 已订阅特征:%@.",central,characteristic);
    //把订阅的中央设备存储下来
    if (![self.centralM containsObject:central]) {
        [self.centralM addObject:central];
    }
}
/* 中央设备取消订阅特征时调用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
                 central:(CBCentral *)central 
        didUnsubscribeFromCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic
{
    NSLog(@"中心设备:%@ 取消订阅特征:%@",central,characteristic);
}

/* 外围设备管理器收到中央设备写请求时调用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
        didReceiveWriteRequests:(CBATTRequest *)request
{    
    NSLog(@"收到写请求");
}
@end

四、设备作为中央设备

更多的时候,我们需要的是一个中央设备,外围设备不一定是iOS设备,所以上面外围设备的创建不一定会用到,比如外围设备是GPS导航仪、心率仪等,这些只要遵循BLE4.0的规范,中央设备就可以与之连接并寻找服务和订阅特征。
\

设备作为中央设备的创建步骤:
创建中央设备管理器对象CBCentralManager,设置代理 扫描外围设备,发现外围设备CBPeripheral进行连接,保持连接的外围设备 在连接外围设备成功的代理方法中,设置外围设备的代理,调用外围设备的对象方法寻找服务

查找外围设备的服务和特征,查找到可用特征,则读取特征数据。

**记住这里是外围设备对象CBPeripheral
不是上面的外围设备管理器对象CBPeripheralManager**
中央设备管理器的代理方法:
/* 中央设备管理器状态改变后调用,比如蓝牙的打开与关闭 */
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central;
/* 开启扫描后,中央设备管理器发现外围设备后调用 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
        didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral /* 外围设备 */
            advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData /* 设备信息 */
                         RSSI:(NSNumber *)RSSI; /* 信号强度 */
/* 中央设备管理器成功连接到外围设备后调用 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
  didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral;/* 外围设备 */
/* 中央设备管理器连接外围设备失败后调用 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
        didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral /* 外围设备 */
                             error:(NSError *)error;/* 连接失败的错误信息 */
中央设备管理器的对象方法:
/* 扫描外围设备,可以指定含有指定服务的外围设备 */
- (void)scanForPeripheralsWithServices:(NSArray *)services 
                               options:(NSDictionary *)options;
/* 停止扫描 */
- (void)stopScan;
/* 连接外围设备 */
- (void)connectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
                  options:(NSDictionary *)options;
/* 断开外围设备 */
- (void)cancelPeripheralConnection:(CBPeripheral *)peripheral;
外围设备的代理方法【和上面的外围设备管理器代理不一样】
/**
 *  1.成功订阅外围设备的服务后调用,在该代理方法中寻找服务的特征
 *  @param peripheral 连接到的设备
 *  @param error       错误信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didDiscoverServices:(NSError *)error;
/**
 *  2.成功找到外围设备服务的特征后调用,在该代理方法中设置订阅方式
 *  @param peripheral 连接的设备
 *  @param service     拥有的服务
 *  @param error       错误信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service 
             error:(NSError *)error;
/**
 *  3.外围设备读取到特征值就会调用
 *  @param peripheral    连接的设备
 *  @param characteristic 改变的特征
 *  @param error          错误信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic 
             error:(NSError *)error;
/**
 *  4.向外围设备的特征对象写操作完成后调用
 *  特别:当写操作为CBCharacteristicWriteWithoutResponse时不会调用
 *  @param peripheral    连接的设备
 *  @param characteristic 要写入的特征
 *  @param error          错误信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic 
             error:(NSError *)error;
外围设备CBPeripheral的常用对象方法:
/* 寻找服务,传入的是服务的唯一标识CBUUID */
- (void)discoverServices:(NSArray *)services;
/* 寻找指定服务下的特征,特征数组也是传入特征的唯一标识CBUUID */
- (void)discoverCharacteristics:(NSArray *)characteristics 
                     forService:(CBService *)service;/* 服务 */
/* 设置是否向特征订阅数据实时通知,YES表示会实时多次会调用代理方法读取数据 */
- (void)setNotifyValue:(BOOL)value 
     forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;
/* 读取特征的数据,调用此方法后会调用一次代理方法读取数据 */
- (void)readValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;
/* 向特征写入数据,看type类型,决定调不调用写入数据后回调的代理方法 */
- (void)writeValue:(NSData *)value /* 写入数据 */
 forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic /* 特征 */
              type:(CBCharacteristicWriteType)type;/* 写入类型 */
写入类型目前只有2种方式:
/* 写入类型,决定要不要调用代理方法 */
typedef NS_ENUM(NSInteger, CBCharacteristicWriteType) { 
    CBCharacteristicWriteWithResponse = 0, //有回调的写入
    CBCharacteristicWriteWithoutResponse //没回调的写入
};
下面是设备作为中央设备的实例:
#import "CentralViewController.h"
#import 

#define kPeripheralName         @"Liuting's Device" //外围设备名称
#define kServiceUUID           @"FFA0-FFB0" //服务的UUID
#define kCharacteristicUUID     @"FFCC-FFDD" //特征的UUID

@interface CentralViewController ()
@property (strong, nonatomic) CBCentralManager *centralManager;/* 中央设备管理器 */
@property (strong, nonatomic) NSMutableArray *peripherals;/* 连接的外围设备 */
@end
@implementation CentralViewController
#pragma mark - UI事件
- (void)viewDidLoad{
    [super viewDidLoad];
    self.peripherals = [NSMutableArray array];
    //创建中心设备管理器并设置当前控制器视图为代理
    self.centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];
}
#pragma mark - CBCentralManager代理方法
/* 中央设备管理器状态更新后调用 */
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central{
    switch (central.state) {
    case CBPeripheralManagerStatePoweredOn:
        NSLog(@"BLE已打开.");
        //扫描外围设备 
        [central scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil];
        break;
    default:
        NSLog(@"此设备不支持BLE或未打开蓝牙功能,无法作为中央设备.");
        break;
    }
}
/*
 *  发现外围设备调用
 *  @param central           中央设备管理器
 *  @param peripheral        外围设备
 *  @param advertisementData 设备信息
 *  @param RSSI              信号质量(信号强度)
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
        didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
            advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData 
                         RSSI:(NSNumber *)RSSI
{    
    NSLog(@"发现外围设备...");
    //连接指定的外围设备,匹配设备名
    if ([peripheral.name isEqualToString:kPeripheralName]) {
        //添加保存外围设备,因为在此方法调用完外围设备对象就会被销毁
        if(![self.peripherals containsObject:peripheral]){
            [self.peripherals addObject:peripheral];
        }        
        NSLog(@"开始连接外围设备...");
        [self.centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];
    }
}
/* 中央设备管理器成功连接到外围设备后调用 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
        didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
        {
    NSLog(@"连接外围设备成功!");

    //停止扫描
    [self.centralManager stopScan];
    //设置外围设备的代理为当前视图控制器
    peripheral.delegate = self;
    //外围设备开始寻找服务
    [peripheral discoverServices:@[[CBUUID UUIDWithString:kServiceUUID]]];
}
/* 中央设备管理器连接外围设备失败后调用 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
        didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
                             error:(NSError *)error
 {
     NSLog(@"连接外围设备失败!");
 }
 #pragma mark - CBPeripheral 代理方法
/* 外围设备寻找到服务后调用 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didDiscoverServices:(NSError *)error
{    
    NSLog(@"已发现可用服务...");
    //遍历查找到的服务
    CBUUID *serviceUUID = [CBUUID UUIDWithString:kServiceUUID];
    CBUUID *characteristicUUID = [CBUUID UUIDWithString:kCharacteristicUUID];
    for (CBService *service in peripheral.services) {
        if([service.UUID isEqual:serviceUUID]){
            //外围设备查找指定服务中的特征,characteristics为nil,表示寻找所有特征
            [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];
        }
    }
}
/* 外围设备寻找到特征后调用 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service 
             error:(NSError *)error
{
    NSLog(@"已发现可用特征...");
    //遍历服务中的特征
    CBUUID *serviceUUID = [CBUUID UUIDWithString:kServiceUUID];
    CBUUID *characteristicUUID = [CBUUID UUIDWithString:kCharacteristicUUID];
    if ([service.UUID isEqual:serviceUUID]) {
        for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {
            if ([characteristic.UUID isEqual:characteristicUUID]) {
                //情景一:通知
                /* 找到特征后设置外围设备为已通知状态(订阅特征):
                * 调用此方法会触发代理方法peripheral:didUpdateValueForCharacteristic:error: 
                * 调用此方法会触发外围设备管理器的订阅代理方法
                */
                [peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:characteristic];

                //情景二:读取
                //调用此方法会触发代理方法peripheral:didUpdateValueForCharacteristic:error:
                //[peripheral readValueForCharacteristic:characteristic]; 
            }
        } 
    }
}
/* 外围设备读取到特征值后调用 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic
             error:(NSError *)error
{
    if (characteristic.value) { 
        NSString *value = [[NSString alloc] initWithData:characteristic.value 
                                                encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSLog(@"读取到特征值:%@",value); 
    }else{
        NSLog(@"未发现特征值."); 
    }
}
@end

五、蓝牙后台运行

除非去申请后台权限,否则 app 都是只在前台运行的,程序在进入后台不久便会切换到挂起状态。挂起后,程序将无法再接收任何蓝牙事件。

中央设备管理器连接外围设备的方法中的options属性,可以设置如下字典值:
CBConnectPeripheralOptionNotifyOnConnectionKey
在连接成功后,程序被挂起,给出系统提示。 CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey
在程序挂起,蓝牙连接断开时,给出系统提示。 CBConnectPeripheralOptionNotifyOnNotificationKey
在程序挂起后,收到 peripheral 数据时,给出系统提示。
设置蓝牙后台模式:
添加info.plist字段Required background nodes 在该字段下添加字符串值:
App communicates using CoreBluetooth:表示支持设备作为中央设备后台运行 App shares data using CoreBluetooth:表示支持设备作为外围设备后台运行

后台运行设置info.plist

设备作为中央设备的后台运行和前台运行区别:
会将发现的多个外围设备的广播数据包合并为一个事件,然后每找到一个外围设备都会调用发现外围设备的代理方法 如果全部的应用都在后台搜索外围设备,那么每次搜索的时间间隔会更大。这会导致搜索到外围设备的时间变长
设备作为外围设备的后台运行和前台运行区别:
在广播时,广播数据将不再包含外围设备的名字 外围设备只能被明确标识了搜索服务UUID的iOS设备找到 如果所有应用都在后台发起广播,那么发起频率会降低
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