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Android Ble蓝牙App（五）数据操作

2023-12-29 735
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日志服务 SLS，月写入数据量 50GB 1个月
简介： Android Ble蓝牙App（五）数据操作

前言


  关于低功耗蓝牙的服务、特性、属性、描述符都已经讲清楚了，而下面就是使用这些知识进行数据的读取、写入、通知等操作。


正文


  首先要做的就是根据操作内容进行相应的处理，目前常见的操作有Read、Write、Write no response、Notify和Indicate。


一、操作内容处理


  首先要修改MainActivity中的onPropertyOperate()函数，

    override fun onPropertyOperate(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, operateName: String) {
        if (!bleCore.isConnected()) showMsg("设备已断开连接")
        when (operateName) {
            READ -> {}
            WRITE, WRITE_NO_RESPONSE -> {}
            NOTIFY, INDICATE -> {}
            BROADCAST, AUTHENTICATED_SIGNED_WRITES, EXTENDED_PROPERTIES -> showMsg(operateName)
        }
    }


这里着重看刚才提到的5个操作，在操作之前我们最好判断一下当前是否处于连接中，在BleCore中增加isConnected()函数，代码如下所示：

fun isConnected() = mIsConnected


二、读取数据


① 概念

  在BLE（Bluetooth Low Energy）通信中，Ble Read（读操作）是一种用于从BLE服务器设备读取数据的操作。

当一个BLE设备（称为客户端）需要获取另一个BLE设备（称为服务器）上的数据时，可以使用Ble Read操作。客户端向服务器发送读取请求，并等待服务器返回所请求的数据。

Ble Read操作具有以下特点：

  1. 请求-回复模式：Ble Read操作是一种请求-回复模式的操作，客户端向服务器发送读取请求，服务器则回复所请求的数据。这种模式保证了数据传输的可靠性和顺序性。
  2. 单次数据传输：Ble Read操作一次只能读取一个数据值或一个数据块。如果需要读取多个数据值，客户端需要连续发送多个读取请求。
  3. 数据的访问权限：Ble Read操作只能读取具有权限允许的数据。服务器可以设定数据的访问权限，例如只允许读取、只允许写入、或者读写均允许。


  需要注意的是，Read操作可能会引入一定的延迟，因为客户端需要等待服务器的响应。此外，Read操作的成功取决于服务器是否支持读取请求，并且客户端是否具有读取权限。


② 实操

  当特性拥有Read的属性时，我们就可以读取特性的value，在的BleCore的BleGattCallback中，重写onCharacteristicRead()函数，代码如下所示：

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


  bytesToHex()是将byte[]转成Hex的函数，还有hexToBytes的函数，我们在BleUtils中增加这两个函数，代码如下所示：

    /**
     * byte[] to hex
     * @param isAdd 是否添加 0x 头
     */
    fun bytesToHex(byteArray: ByteArray, isAdd: Boolean = false): String {
        val hexChars = "0123456789ABCDEF"
        val hexString = StringBuilder()
        for (byte in byteArray) {
            val value = byte.toInt() and 0xFF
            val firstIndex = value shr 4 and 0x0F
            val secondIndex = value and 0x0F
            hexString.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 * 2
            val byteString = cleanHexString.substring(index, index + 2)
            val byteValue = byteString.toInt(16).toByte()
            byteArray[i] = byteValue
        }
        return byteArray
    }


  读取特性之后如果状态正常，我们就显示一下读取的内容，当我们调用Gatt的readCharacteristic()函数时就会触发这个回调。下面在BleCore中增加readCharacteristic()函数，代码如下所示：

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


然后修改onPropertyOperate()函数，代码如下所示：

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


下面我们运行一下：

image.gif


三、写入数据


  读取数据写好了，下面我们来看写入数据，写入数据要看写入的方式，有Write和Wirte No Response，我们先了解这两种方式的区别：


① 概念

  1.   在BLE通信中，有两种常用的写操作方式：Ble Write（带回复的写操作）和Write No Response（无回复的写操作）。

Ble Write（带回复的写操作）：当一个BLE设备（称为客户端）想要向另一个BLE设备（称为服务器）发送数据时，可以使用Ble Write操作。客户端向服务器发送数据并等待服务器发送确认回复（Acknowledgment）来表示数据已经被成功接收。这种写操作是一种可靠的方式，确保数据传输的可靠性。

  1. Write No Response（无回复的写操作）：在某些情况下，客户端发送的数据并不需要服务器的确认回复，或者在时间上要求更加紧凑的传输。这时可以使用Write No Response操作。客户端向服务器发送数据后，并不会等待服务器的确认回复。这种写操作通常用于实时传输等不需要确认的数据，以减少通信延迟和增加通信吞吐量。


  需要注意的是，Write No Response操作在数据传输过程中不提供任何保障机制，例如数据的可靠性、顺序性或幂等性等。因此，使用Write No Response操作时需要确保应用场景的需求和通信的可靠性。


② 实操

  写入数据需要有一个输入框，因此我就写了一个弹窗来进行操作，首先写弹窗布局，在layout下新建一个dialog_write_data.xml，代码如下所示：

<?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.MaterialToolbar
        android: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="写入数据" />
    <com.google.android.material.textfield.TextInputLayout
        android: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.TextInputEditText
            android:id="@+id/et_data"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:hint="HEX数据"
            android:inputType="text|textCapCharacters"
            android:lines="1"
            android:singleLine="true" />
    </com.google.android.material.textfield.TextInputLayout>
    <Button
        android: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" />
    <Button
        android: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="发送"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintEnd_toEndOf="@+id/data_layout"
        app:layout_constraintTop_toBottomOf="@+id/data_layout" />
</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>


  布局内容比较简单，只需要一个输入框两个按钮即可，下面我们在MainActivity中写一个函数来加载这个布局xml显示弹窗，代码如下所示：

    /**
     * 显示写入数据弹窗
     */
    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) "写入数据" else "写入无需响应数据"
        writeDataBinding.btnPositive.setOnClickListener {
            val inputData = writeDataBinding.etData.text.toString()
            if (inputData.isEmpty()) {
                writeDataBinding.dataLayout.error = "请输入数据"
                return@setOnClickListener
            }
            if (!BleUtils.isHexFormat(inputData)) {
                writeDataBinding.dataLayout.error = "请输入有效数据"
                return@setOnClickListener
            }
            bleCore.writeCharacteristic(characteristic, inputData, operateName)
            dialog.dismiss()
        }
        writeDataBinding.btnNegative.setOnClickListener {
            dialog.dismiss()
        }
        dialog.setContentView(writeDataBinding.root)
        dialog.show()
    }


  在弹窗中，根据传入的操作名判断要以什么方式写入数据，同时对写入的数据进行了格式校验，在BleUtils中增加函数，代码如下所示：

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


  当检查数据无误之后我们就可以写入数据了，调用bleCore.writeCharacteristic(characteristic, inputData, operateName)，在BleCore中增加这个函数，代码如下所示：

    /**
     * 写入特性
     * @param characteristic 特性
     * @param data Hex数据
     * @param operateName 操作名，决定写入的是 Write 还是 Write No Response
     */
    fun writeCharacteristic(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, data: String, operateName: String) {
        deviceInfo("写入特性：${BleUtils.getShortUUID(characteristic.uuid)}，value：0x$data")
        //写入类型
        val writeType = if (operateName == BleConstant.WRITE) BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_DEFAULT else BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_NO_RESPONSE
        //写入数据
        val byteArray = BleUtils.hexToBytes(data)
        //根据Android版本进行不同的写入方式 Android 13及以上和以下不同
        val executionResult = if (isAndroid13()) {
            mGatt?.writeCharacteristic(characteristic, byteArray, writeType) == BluetoothStatusCodes.SUCCESS
        } else {
            characteristic.writeType = writeType
            characteristic.value = byteArray
            mGatt?.writeCharacteristic(characteristic)
        }
        //执行写入动作成功不代表写入数据成功，执行写入动作失败，写入数据一定失败
        deviceInfo(if (executionResult == true)  "执行写入动作成功" else "执行写入动作失败")
    }


  这个函数相对的内容多一些，首先是根据操作名得到写入的类型，然后获取写入的数据，再根据Android的版本去写入数据，最终调用Gatt的writeCharacteristic()函数进行写入，写入属于一个执行动作，有失败的可能性，可以根据返回值进行判断，Android13以前返回的是Boolean，Android13及以上返回的是Int，这里要注意一下。执行之后如果成功了，则会触发GattCallback的onCharacteristicWrite()回调，下面在BleGattCallback中重写这个函数，代码如下所示：

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


  这个函数中，如果是Android 13及以上版本，写入回调中的value是null，需要通过readCharacteristic()函数去获取写入的值，但是要确保这个特性有Read属性，否则读取不了，这个地方也是我觉得不合理得地方，也有可能是我没找到对应得方式吧。最后我们修改MainActivity中的onPropertyOperate()函数中的代码，如下所示：

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


  最后我们再修复一个bug，没错，前面写的时候这个bug忽略掉了，那就是在CharacteristicAdapter的onBindViewHolder()函数中，之前在这里对属性的点击进行了回调，当时是传进去一个特性，和一个操作名称，如图所示

8d4dcd35f57146b38cbd2ee888d44ed2.png

  这里通过position获取到特性，而这里的position是属性适配器，而我们要的是特性适配器的position，这样做的问题就在于使用的时候如果只有一个属性的话，那么无论有几个特性，position都是0，也是在调试中发现的这个问题，改完之后代码如下所示：

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


为了方便查看动作，我们在修改一下BleCore中的deviceInfo()函数代码，加一个日志打印，代码如下所示：

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


下面运行一下：

image.gif

日志如下所示：

6d41fbeb3ad84905a192b1d3f4a0bf63.png


四、打开通知


  实际上打开通知的意义就是能够收到蓝牙设备返回的数据，先了解以下相关的概念知识。


一、概念

  Ble Enable Notify是指在蓝牙低功耗（BLE）通信中使能通知功能的操作。当设备之间建立了蓝牙连接后，设备可以通过特征（Characteristic）来交换数据。通知（Notification）是一种特征的属性，允许一个设备向另一个设备发送数据，而不需要另一个设备主动请求。


  当一个设备使能了通知功能（Enable Notify），它就可以向另一个设备发送通知，另一个设备只需要注册监听这个特征的通知即可接收到数据。这样可以实现数据的异步传输，一旦数据发生变化，发送方会自动发出通知，接收方就可以及时获取到最新的数据。在BLE开发中，通常需要通过操作特征的属性来使能或禁用通知功能。


二、实操

  下面我们来实际操作一下，首先在BleCore中增加一个函数，代码如下所示：

    /**
     * 开启或者关闭通知
     * @param characteristic 特性
     * @param descriptorUuid 描述UUID
     * @param operateName 操作名， 决定通过那种方式开启通知
     */
    fun notifyEnable(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, descriptorUuid: UUID, operateName: String) {
        //设置特性通知，这一点很重要
        if (mGatt?.setCharacteristicNotification(characteristic,true) == false) return
        //描述
        val descriptor = characteristic.getDescriptor(descriptorUuid)
        //写入描述值
        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 = value
            mGatt?.writeDescriptor(descriptor)
        }
        deviceInfo((if (executionResult == true)  "执行启用动作成功" else "执行启用动作失败") + "，value: ${BleUtils.bytesToHex(value, true)}" )
    }


  因为当前的项目环境是基于Android13，所在在蓝牙的一些API处理上，我们都要考虑兼容的问题，我觉得奇怪的是，为什么不在Android12的版本中顺便加上去这些改动的API，也不重要，开发者就是这个命，这里的代码实际上比较简单，就是根据操作名进行enable的方式，通过一个变量mIsEnabled来决定你是打开通知还是关闭通知，这个变量我们定义在companion object中，代码如下所示：

    companion object {
      ...
        /**
         * 是否开启通知
         */
        private var mIsEnabled = false
  }


  调用writeDescriptor()会触发描述符写入回调，在BleGattCallback中增加这个回调，代码如下所示：

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


  在回调中，处理mIsEnabled的赋值，因为在Android 13中没有办法直接获取描述符结果，而是需要通过readDescriptor()函数获取，使用这个函数，则会触发另一个回调函数，同样是在BleGattCallback中增加这个回调，代码如下所示：

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


  关于mIsEnabled的参数我们还需要修改一下一个地方，那就是在连接设备之后如果发现mIsEnabled 为true，我们改成false。

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


然后我们再修改一下MainActivity中的onPropertyOperate()函数，代码如下所示：

    /**
     * 属性操作
     */
    override fun onPropertyOperate(characteristic: BluetoothGattCharacteristic, operateName: String) {
        if (!bleCore.isConnected()) showMsg("设备已断开连接")
        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)
        }
    }


那么到现在为止我们就写好了基本的操作方式。


三、收到数据

  下面我们写一下接收通知的回调，同样是在BleGattCallback中增加这个回调，代码如下所示：

        /**
         * 收到数据回调 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)}")
        }
        /**
         * 收到数据回调 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)}")
        }


  下面我们运行一下，这里你要以自己的实际设备为准，比如我用的这个设备，包括数据的交互都是厂商自定义的，下面我先开启Notify然后写入数据，再看是否有数据返回。

image.gif

  我们再看一下控制台日志

71cb5a7f6abf44479690d164292f3e70.png

  可以看到在执行写入动作成功之后，就收到了设备所回复的特征值数据，然后再是收到写入成功的日志打印。


五、源码


如果对你有所帮助的话，不妨 Star 或 Fork，山高水长，后会有期~

源码地址：GoodBle

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日志服务
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