iOS學習筆記30-系統服務(三)藍牙 – iPhone手機開發 iPhone軟體開發教學課程

一、藍牙

隨著藍牙低功耗技術BLE(Bluetooth Low Energy)的發展,藍牙技術正在一步步成熟,如今的大部分移動設備都配備有藍牙4.0,相比之前的藍牙技術耗電量大大降低。

在iOS中進行藍牙傳輸常用的框架有如下幾種:

GameKit.framework
iOS7之前的藍牙框架,隻可用於同應用之間的藍牙傳輸。 MultipeerConnectivity.framework
iOS7開始引入的藍牙框架,用於取代GameKit,也有缺陷,僅支持iOS設備之間藍牙傳輸。 CoreBluetooth.framework
功能強大的藍牙框架,但要求設備必須支持藍牙4.0,可以支持所有設備藍牙傳輸,隻要該設備支持藍牙4.0。

應用的比較多的是CoreBluetooth框架,這裡就選擇CoreBluetooth框架來講。

二、CoreBluetooth

當前BLE應用相當廣泛,不再僅僅是兩個設備之間的數據傳輸,它還有很多其他應用市場,例如室內定位、無線支付、智能傢居等等,這也使得CoreBluetooth成為當前最熱門的藍牙技術。
我的理解中,CoreBluetooth藍牙通信過程和網絡通信過程比較類似。

CoreBluetooth中,藍牙傳輸都分為兩個部分:

外圍設備CBPeripheral
負責發佈並廣播服務,告訴周圍的中央設備它的可用服務和特征,類似於網絡通信中的服務端。 中央設備CBCentral
負責和外圍設備建立連接,一旦連接成功就可以使用外圍設備的服務和特征,類似於網絡通信中的客戶端

外圍設備和中央設備交互的橋梁是服務特征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”” src=”/uploadfile/Collfiles/20160418/20160418154719509.png” title=”\” />

三、設備作為外圍設備

設備作為外圍設備的創建步驟:

創建外圍設備管理器CBPeripheralManager,並設置代理 創建一個特征CBCharacteristic,綁定一個CBUUID,設置特征屬性 創建一個服務CBService,綁定一個CBUUID,設置服務的特征 調用外圍設備管理器的對象方法,添加服務到外圍設備上

-(void)addService:(CBService *)service;

外圍設備管理器開始廣播服務

-(void)startAdvertising:(NSDictionary *)dict;

在外圍設備管理器的代理方法,處理與中央設備的交互

外圍設備管理器啟動服務的相關代理方法:
/* 外圍設備管理器狀態發生改變後調用,比如外圍設備打開藍牙的時候 */
- (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral;
/* 外圍設備管理器添加瞭服務後調用,一般在這裡進行廣播服務 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
            didAddService:(CBService *)service /* 添加的服務 */
                    error:(NSError *)error;/* 添加服務錯誤信息 */
/* 啟動廣播服務後調用 */
- (void)peripheralManagerDidStartAdvertising:(CBPeripheralManager *)peripheral 
                                       error:(NSError *)error;/* 啟動服務錯誤信息 */
/* 外圍設備恢復狀態時調用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
         willRestoreState:(NSDictionary *)dict;
外圍設備管理器和中央設備進行交互的代理方法:
/* 中央設備訂閱外圍設備的特征時調用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral /* 外圍設備管理器 */
                  central:(CBCentral *)central /* 中央設備 */
        didSubscribeToCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;/* 訂閱的特征 */
/* 中央設備取消訂閱外圍設備的特征時調用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral /* 外圍設備管理器 */
                  central:(CBCentral *)central /* 中央設備 */
        didUnsubscribeFromCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;/* 特征 */
/* 外圍設備收到中央設備的寫請求時調用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
        didReceiveWriteRequests:(CBATTRequest *)request;/* 寫請求 */
外圍設備管理器CBPeripheralManager的常用對象方法:
/* 添加服務 */
- (void)addService:(CBService *)service;
/* 開啟廣播服務,dict設置設備信息 */
- (void)startAdvertising:(NSDictionary *)dict;
/* 更新特征值,centrals為空,表示對所有連接的中央設備通知 */
- (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設備 */
下面是設備作為外圍設備的實例:
#import "PeripheralViewController.h"
#import 

#define kPeripheralName         @"Liuting's Device" //外圍設備名稱,自定義
#define kServiceUUID           @"FFA0-FFB0" //服務的UUID,自定義
#define kCharacteristicUUID     @"FFCC-FFDD" //特征的UUID,自定義

@interface PeripheralViewController ()
@property (strong, nonatomic) CBPeripheralManager *peripheralManager;/* 外圍設備管理器 */
@property (strong, nonatomic) NSMutableArray *centralM;/* 訂閱的中央設備 */
@property (strong, nonatomic) CBMutableCharacteristic *characteristicM;/* 特征 */
@end
@implementation PeripheralViewController
- (void)viewDidLoad{
    [super viewDidLoad];
    self.centralM = [NSMutableArray array];
    //創建外圍設備管理器
    self.peripheralManager = [[CBPeripheralManager alloc] initWithDelegate:self
                                                                     queue:nil];
}
#pragma mark - UI事件
/* 點擊更新特征值 */
- (IBAction)changeCharacteristicValue:(id)sender {
    //特征值,這裡是更新特征值為當前時間
    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
/* 創建特征、服務並添加服務到外圍設備 */
- (void)addMyService{
    /*1.創建特征*/
    //創建特征的UUID對象
    CBUUID *characteristicUUID = [CBUUID UUIDWithString:kCharacteristicUUID];
    /* 創建特征
     * 參數
     * uuid:特征標識
     * properties:特征的屬性,例如:可通知、可寫、可讀等
     * value:特征值
     * permissions:特征的權限
     */
    CBMutableCharacteristic *characteristicM = 
        [[CBMutableCharacteristic alloc] initWithType:characteristicUUID 
                                           properties:CBCharacteristicPropertyNotify
                                                value:nil 
                                          permissions:CBAttributePermissionsReadable];
    self.characteristicM = characteristicM;
    //創建服務UUID對象
    CBUUID *serviceUUID = [CBUUID UUIDWithString:kServiceUUID];
    //創建服務
    CBMutableService *serviceM = [[CBMutableService alloc] initWithType:serviceUUID 
                                                                primary:YES];    
    //設置服務的特征
    [serviceM setCharacteristics:@[characteristicM]];
    //將服務添加到外圍設備
    [self.peripheralManager addService:serviceM];
}

#pragma mark - CBPeripheralManager代理方法
/* 外圍設備狀態發生變化後調用 */
- (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral{
    //判斷外圍設備管理器狀態
    switch (peripheral.state) {
        case CBPeripheralManagerStatePoweredOn:
        {
            NSLog(@"BLE已打開.");
            //添加服務
            [self addMyService];
            break;
        }
        default:
        {   
            NSLog(@"此設備不支持BLE或未打開藍牙功能,無法作為外圍設備.");
            break;
        }
    }
}
/* 外圍設備恢復狀態時調用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
         willRestoreState:(NSDictionary *)dict
{
    NSLog(@"狀態恢復");
}
/* 外圍設備管理器添加服務後調用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
            didAddService:(CBService *)service 
                   error:(NSError *)error
{
    //設置設備信息dict,CBAdvertisementDataLocalNameKey是設置設備名
    NSDictionary *dict = @{CBAdvertisementDataLocalNameKey:kPeripheralName};
    //開始廣播
    [self.peripheralManager startAdvertising:dict];
    NSLog(@"向外圍設備添加瞭服務並開始廣播...");
}
/* 外圍設備管理器啟動廣播後調用 */
- (void)peripheralManagerDidStartAdvertising:(CBPeripheralManager *)peripheral 
                                       error:(NSError *)error
{
    if (error) {
        NSLog(@"啟動廣播過程中發生錯誤,錯誤信息:%@",error.localizedDescription);
        return;
    }
    NSLog(@"啟動廣播...");
}
/* 中央設備訂閱特征時調用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
                  central:(CBCentral *)central 
        didSubscribeToCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic
{    
    NSLog(@"中心設備:%@ 已訂閱特征:%@.",central,characteristic);
    //把訂閱的中央設備存儲下來
    if (![self.centralM containsObject:central]) {
        [self.centralM addObject:central];
    }
}
/* 中央設備取消訂閱特征時調用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
                 central:(CBCentral *)central 
        didUnsubscribeFromCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic
{
    NSLog(@"中心設備:%@ 取消訂閱特征:%@",central,characteristic);
}

/* 外圍設備管理器收到中央設備寫請求時調用 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral 
        didReceiveWriteRequests:(CBATTRequest *)request
{    
    NSLog(@"收到寫請求");
}
@end

四、設備作為中央設備

更多的時候,我們需要的是一個中央設備,外圍設備不一定是iOS設備,所以上面外圍設備的創建不一定會用到,比如外圍設備是GPS導航儀、心率儀等,這些隻要遵循BLE4.0的規范,中央設備就可以與之連接並尋找服務和訂閱特征。

設備作為中央設備的創建步驟:

創建中央設備管理器對象CBCentralManager,設置代理 掃描外圍設備,發現外圍設備CBPeripheral進行連接,保持連接的外圍設備 在連接外圍設備成功的代理方法中,設置外圍設備的代理,調用外圍設備的對象方法尋找服務

查找外圍設備的服務和特征,查找到可用特征,則讀取特征數據。

**記住這裡是外圍設備對象CBPeripheral
不是上面的外圍設備管理器對象CBPeripheralManager**

中央設備管理器的代理方法:
/* 中央設備管理器狀態改變後調用,比如藍牙的打開與關閉 */
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central;
/* 開啟掃描後,中央設備管理器發現外圍設備後調用 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
        didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral /* 外圍設備 */
            advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData /* 設備信息 */
                         RSSI:(NSNumber *)RSSI; /* 信號強度 */
/* 中央設備管理器成功連接到外圍設備後調用 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
  didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral;/* 外圍設備 */
/* 中央設備管理器連接外圍設備失敗後調用 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
        didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral /* 外圍設備 */
                             error:(NSError *)error;/* 連接失敗的錯誤信息 */
中央設備管理器的對象方法:
/* 掃描外圍設備,可以指定含有指定服務的外圍設備 */
- (void)scanForPeripheralsWithServices:(NSArray *)services 
                               options:(NSDictionary *)options;
/* 停止掃描 */
- (void)stopScan;
/* 連接外圍設備 */
- (void)connectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
                  options:(NSDictionary *)options;
/* 斷開外圍設備 */
- (void)cancelPeripheralConnection:(CBPeripheral *)peripheral;
外圍設備的代理方法【和上面的外圍設備管理器代理不一樣】
/**
 *  1.成功訂閱外圍設備的服務後調用,在該代理方法中尋找服務的特征
 *  @param peripheral 連接到的設備
 *  @param error       錯誤信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didDiscoverServices:(NSError *)error;
/**
 *  2.成功找到外圍設備服務的特征後調用,在該代理方法中設置訂閱方式
 *  @param peripheral 連接的設備
 *  @param service     擁有的服務
 *  @param error       錯誤信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service 
             error:(NSError *)error;
/**
 *  3.外圍設備讀取到特征值就會調用
 *  @param peripheral    連接的設備
 *  @param characteristic 改變的特征
 *  @param error          錯誤信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic 
             error:(NSError *)error;
/**
 *  4.向外圍設備的特征對象寫操作完成後調用
 *  特別:當寫操作為CBCharacteristicWriteWithoutResponse時不會調用
 *  @param peripheral    連接的設備
 *  @param characteristic 要寫入的特征
 *  @param error          錯誤信息
 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic 
             error:(NSError *)error;
外圍設備CBPeripheral的常用對象方法:
/* 尋找服務,傳入的是服務的唯一標識CBUUID */
- (void)discoverServices:(NSArray *)services;
/* 尋找指定服務下的特征,特征數組也是傳入特征的唯一標識CBUUID */
- (void)discoverCharacteristics:(NSArray *)characteristics 
                     forService:(CBService *)service;/* 服務 */
/* 設置是否向特征訂閱數據實時通知,YES表示會實時多次會調用代理方法讀取數據 */
- (void)setNotifyValue:(BOOL)value 
     forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;
/* 讀取特征的數據,調用此方法後會調用一次代理方法讀取數據 */
- (void)readValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic;
/* 向特征寫入數據,看type類型,決定調不調用寫入數據後回調的代理方法 */
- (void)writeValue:(NSData *)value /* 寫入數據 */
 forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic /* 特征 */
              type:(CBCharacteristicWriteType)type;/* 寫入類型 */
寫入類型目前隻有2種方式:
/* 寫入類型,決定要不要調用代理方法 */
typedef NS_ENUM(NSInteger, CBCharacteristicWriteType) { 
    CBCharacteristicWriteWithResponse = 0, //有回調的寫入
    CBCharacteristicWriteWithoutResponse //沒回調的寫入
};
下面是設備作為中央設備的實例:
#import "CentralViewController.h"
#import 

#define kPeripheralName         @"Liuting's Device" //外圍設備名稱
#define kServiceUUID           @"FFA0-FFB0" //服務的UUID
#define kCharacteristicUUID     @"FFCC-FFDD" //特征的UUID

@interface CentralViewController ()
@property (strong, nonatomic) CBCentralManager *centralManager;/* 中央設備管理器 */
@property (strong, nonatomic) NSMutableArray *peripherals;/* 連接的外圍設備 */
@end
@implementation CentralViewController
#pragma mark - UI事件
- (void)viewDidLoad{
    [super viewDidLoad];
    self.peripherals = [NSMutableArray array];
    //創建中心設備管理器並設置當前控制器視圖為代理
    self.centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];
}
#pragma mark - CBCentralManager代理方法
/* 中央設備管理器狀態更新後調用 */
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central{
    switch (central.state) {
    case CBPeripheralManagerStatePoweredOn:
        NSLog(@"BLE已打開.");
        //掃描外圍設備 
        [central scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil];
        break;
    default:
        NSLog(@"此設備不支持BLE或未打開藍牙功能,無法作為中央設備.");
        break;
    }
}
/*
 *  發現外圍設備調用
 *  @param central           中央設備管理器
 *  @param peripheral        外圍設備
 *  @param advertisementData 設備信息
 *  @param RSSI              信號質量(信號強度)
 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
        didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
            advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData 
                         RSSI:(NSNumber *)RSSI
{    
    NSLog(@"發現外圍設備...");
    //連接指定的外圍設備,匹配設備名
    if ([peripheral.name isEqualToString:kPeripheralName]) {
        //添加保存外圍設備,因為在此方法調用完外圍設備對象就會被銷毀
        if(![self.peripherals containsObject:peripheral]){
            [self.peripherals addObject:peripheral];
        }        
        NSLog(@"開始連接外圍設備...");
        [self.centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];
    }
}
/* 中央設備管理器成功連接到外圍設備後調用 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
        didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
        {
    NSLog(@"連接外圍設備成功!");

    //停止掃描
    [self.centralManager stopScan];
    //設置外圍設備的代理為當前視圖控制器
    peripheral.delegate = self;
    //外圍設備開始尋找服務
    [peripheral discoverServices:@[[CBUUID UUIDWithString:kServiceUUID]]];
}
/* 中央設備管理器連接外圍設備失敗後調用 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central 
        didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
                             error:(NSError *)error
 {
     NSLog(@"連接外圍設備失敗!");
 }
 #pragma mark - CBPeripheral 代理方法
/* 外圍設備尋找到服務後調用 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didDiscoverServices:(NSError *)error
{    
    NSLog(@"已發現可用服務...");
    //遍歷查找到的服務
    CBUUID *serviceUUID = [CBUUID UUIDWithString:kServiceUUID];
    CBUUID *characteristicUUID = [CBUUID UUIDWithString:kCharacteristicUUID];
    for (CBService *service in peripheral.services) {
        if([service.UUID isEqual:serviceUUID]){
            //外圍設備查找指定服務中的特征,characteristics為nil,表示尋找所有特征
            [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];
        }
    }
}
/* 外圍設備尋找到特征後調用 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service 
             error:(NSError *)error
{
    NSLog(@"已發現可用特征...");
    //遍歷服務中的特征
    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
                /* 找到特征後設置外圍設備為已通知狀態(訂閱特征):
                * 調用此方法會觸發代理方法peripheral:didUpdateValueForCharacteristic:error: 
                * 調用此方法會觸發外圍設備管理器的訂閱代理方法
                */
                [peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:characteristic];

                //情景二:讀取
                //調用此方法會觸發代理方法peripheral:didUpdateValueForCharacteristic:error:
                //[peripheral readValueForCharacteristic:characteristic]; 
            }
        } 
    }
}
/* 外圍設備讀取到特征值後調用 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral 
        didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic
             error:(NSError *)error
{
    if (characteristic.value) { 
        NSString *value = [[NSString alloc] initWithData:characteristic.value 
                                                encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSLog(@"讀取到特征值:%@",value); 
    }else{
        NSLog(@"未發現特征值."); 
    }
}
@end

五、藍牙後臺運行

除非去申請後臺權限,否則 app 都是隻在前臺運行的,程序在進入後臺不久便會切換到掛起狀態。掛起後,程序將無法再接收任何藍牙事件。

中央設備管理器連接外圍設備的方法中的options屬性,可以設置如下字典值:

CBConnectPeripheralOptionNotifyOnConnectionKey
在連接成功後,程序被掛起,給出系統提示。 CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey
在程序掛起,藍牙連接斷開時,給出系統提示。 CBConnectPeripheralOptionNotifyOnNotificationKey
在程序掛起後,收到 peripheral 數據時,給出系統提示。

設置藍牙後臺模式:

添加info.plist字段Required background nodes 在該字段下添加字符串值:
App communicates using CoreBluetooth:表示支持設備作為中央設備後臺運行 App shares data using CoreBluetooth:表示支持設備作為外圍設備後臺運行

後臺運行設置info.plist

設備作為中央設備的後臺運行和前臺運行區別:

會將發現的多個外圍設備的廣播數據包合並為一個事件,然後每找到一個外圍設備都會調用發現外圍設備的代理方法 如果全部的應用都在後臺搜索外圍設備,那麼每次搜索的時間間隔會更大。這會導致搜索到外圍設備的時間變長

設備作為外圍設備的後臺運行和前臺運行區別:

在廣播時,廣播數據將不再包含外圍設備的名字 外圍設備隻能被明確標識瞭搜索服務UUID的iOS設備找到 如果所有應用都在後臺發起廣播,那麼發起頻率會降低

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