蓝牙基本概念(功能和代码片段)
蓝牙分类（按照应用和支持协议划分）
- 经典蓝牙模块（BT）：- 泛指支持蓝牙协议在0以下的模块，一般用于数据量比较大的传输，如：语音、音乐等较高数据量传输。经典蓝牙模块可再细分为：传统蓝牙模块和高速蓝牙模块。传统蓝牙模块在2004年推出，主要代表是支持蓝牙2.1协议的模块，在智能手机爆发的时期得到广泛支持。高速蓝牙模块在2009年推出，速率提高到约24Mbps，是传统蓝牙模块的八倍，可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的资料传输
- 低功耗蓝牙模块（BLE）：是指支持蓝牙协议0或更高的模块，也称为BLE模块，最大的特点是成本和功耗的降低，应用于实时性要求比较高的产品中，比如：智能家居类（蓝牙锁、蓝牙灯）、传感设备的数据发送（血压计、温度传感器）、消费类电子（电子烟、遥控玩具）等。
BLE分层：
BLE的状态以及基本连接过程:
链路层一共有5个状态，分别为就绪态(Standby)，广播态(Advertsing)，扫描态(Scanning)，发起态(Initiating)，连接态(Connection)，而扫描态又分为主动扫描和被动扫描，连接态又分为主机和从机。
- 待机状态（standby）：没有连接任何设备，没有传输和发送数据。
- 广播状态（Advertiser/advertising）：周期性广播状态。
- 扫描状态（Scanner/scanning）：主动寻找正在广播的设备。
- 发起连接状态（Initiator/initiating）：主动发起连接。
- 连接状态(connected)：已经连接。
BLE信道：
- BLE的物理信道一共40个
- BLE的这40个物理信道是分成了两组的，一组是Advertising信道（3个），一组是Data信道（37个）
BLE的广播、扫描和连接：
广播和扫描回应的数据格式
用户定义广播包和扫描回应包最多能有31个字节，每个包分为有效数据和无效数数两部分。
1. 有效数据部分，由若干个AD Structure单元组成
◆Length：表示DATA（AD Type和AD Data）的长度，不包含Length。
◆AD Type：表示广播内容的类型。
◆AD Data：表示广播的内容。
2. 无效数据部分，广播包必须有31字节，如果有效数据部分达不到31字节，剩下所有补0.
广播事件分类
- 通用广播：最常用的广播方式，可以被扫描，接收到连接请求时可以作为从设备进入一个连接。
- 定向广播：针对于快速建立连接的需求，定向广播会占满整个广播信道，数据净荷只包含广播者和发起者地址，发起者收到发给自己的定向广播后，会立即发送连接请求。
- 不可连接广播：广播数据，而不进入连接状态。
- 可发现广播：不可连接，但可以响应扫描。
BLE广播间隔：是指两次广播时间之间的最小时间间隔，一般取值范围在20ms-10.24s之间，链路层会在每次广播时间期间产生一个随机广播延时时间(0ms-10ms)
扫描事件
每次扫描，设备打开接收器去监听广播设备，这称为一个扫描事件，扫描事件有两个时间参数：扫描窗口和扫描间隔：
- 扫描窗口(scan window)：一次扫描进行的时间宽度。
- 扫描间隔(scan interval)：两个连续的扫描窗口的起始时间之间的时间差，包括扫描休息的时间和扫描进行的时间。
连接事件
- 一个连接事件是指主设备和从设备之间相互发送数据包的过程
- 所有的数据交换都是通过连接事件来完成
- 每个事件发生在某个数据通道(0-36)
- 一个连接中，主从设备依靠连接事件交换数据
- 设备连接后，无论有无数据收发，连接事件都在按照设置的连接参数周而复始的进行着，知道一方停止响应
- 主机与从机可在单次连接事件进行多次数据传输
BLE通信：
从GATT角度来看，当两个设备建立连接后，他们处于以下两种角色之一：
GATT服务器: 它是为GATT客户端提供数据服务的设备
GATT客户端: 它是从GATT服务器读写应用数据的设备
GATT包含若干个Profile，一个Profile包含若干个Services，一个Service包含若干个Characteristics，一个Characteristic包含Properties字段和若干个Descriptor(可选)。
GATT调用下层的ATT，ATT的attirbute在GATT中表现为Characteristic。
一个设备可以有多个服务，每一个服务可以包含多个特征值。为了方便操作，每个特征值都有他的属性，例如长度（size）,权限（permission），值（value）,描述（descriptor），比如：
蓝牙4.0版本推出了低功耗规范，引入了两个核心协议：ATT（Attribute Protocol）和GATT（Generic Attribute Protocol）.这两个协议主要目标是BLE，但是也可以运行在传统蓝牙上（BR/EDR)。
属性协议：
决定了客户端如何获取和使用属性。
对属性的操作称为协议方法，包括：命令（Command），请求（Request），响应（Response），通知（Notification），指示（Indication）和确认（Confirmation），某些属性PDU还涉及授权签名方法。
属性PDU有六类：
|
属性PDU |
方向 |
触发响应 |
|
Command |
Client -> Server |
– |
|
Request |
Client -> Server |
Response |
|
Response |
Server -> Client |
– |
|
Notification |
Server -> Client |
– |
|
Indication |
Server -> Client |
Confirmation |
|
Confirmation |
Client -> Server |
– |
属性PDU格式如下：
|
字段 |
Opcode |
Parameter |
Authentication Signature |
|
长度 |
1 octet |
0 – (ATT_MTU-X) octets |
0 or 12 octets |
客户端->>服务器: 请求(Request)
服务器->>客户端: 响应(Response)
客户端->>服务器: 命令(Command)
请求和命令的区别在于：请求需要响应，而命令不需要。
服务器->>客户端: 指示
客户端->>服务器: 确认
服务器->>客户端: 通知
通知和指示的区别在于：通知不需要确认，而指示需要。
代码片段
温度大于22度，点亮LED灯，否则关闭LED。
服务器端读取温度值，当超过22度时，向服务器写数据，点亮LED。
方案一：
Thunderboard(master)+BG22(slave)
修改安卓端Thunderboard源码，加入如上判断。
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//获取温度同时设置是否需要点亮LED标志alarm_state public void setTemperature(float temperature, int temperatureType) { if (isEnabled()) { textView.setText(String.format( temperatureType == ThunderBoardPreferences.TEMP_FAHRENHEIT ? getContext().getString(R.string.environment_temp_f) : getContext().getString(R.string.environment_temp_c), temperatureType == ThunderBoardPreferences.TEMP_FAHRENHEIT ? temperature * 1.8f + 32f : temperature));
if(temperatureType != ThunderBoardPreferences.TEMP_FAHRENHEIT ) {
if (temperature > 22.0){ alarm_state = 1; } else{ alarm_state = 0; } } } else { textView.setText(R.string.environment_not_initialized); } }
//对LED进行操作 static public void alarm_set_led(){ boolean submitted = BleUtils.writeCharacteristics( BleManager.gatt, ThunderBoardUuids.UUID_SERVICE_AUTOMATION_IO, ThunderBoardUuids.UUID_CHARACTERISTIC_DIGITAL, alarm_state, BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8, 0 ); }
//调用函数，对LED进行写0或1 public void setHallStrength(float hallStrength) { if (isEnabled()) { textView.setText(getContext().getString(R.string.environment_hall_strength_measure, hallStrength)); } else { textView.setText(R.string.environment_not_initialized); }
hallStrengthMeter.setValue(hallStrength, isEnabled()); DemoEnvironmentTemperatureControl.alarm_set_led(); } |
方案二(补充)：
一款国产蓝牙芯片(master)++BG22(slave)
原理同方案一类似，根据address选择连接的slave，读取温度值，超过22，写LED。
硬件平台：phyplus6212
软件平台：PHY62XX_SDK_2.1.0\example\ble_central\simpleBleCentral\
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//指定要连接的蓝牙设备地址 void SimpleBLECentral_Init( uint8 task_id ) { ... simpleBlePeerTarget.addr[5]=0x84; simpleBlePeerTarget.addr[4]=0x2e; simpleBlePeerTarget.addr[3]=0x14; simpleBlePeerTarget.addr[2]=0x31; simpleBlePeerTarget.addr[1]=0xc3; simpleBlePeerTarget.addr[0]=0x4f; } //读取温度 bool rd_and_wr = FALSE; static void simpleBLECentral_ReadWriteNotifyTest(void) { ... if(rd_and_wr == FALSE) { pReqread = osal_mem_alloc(sizeof(attReadReq_t)); pReqread->handle = 0x23; bStatus_t status = GATT_ReadCharValue( simpleBLEConnHandle, pReqread, simpleBLETaskId ); osal_mem_free(pReqread); } ... } //温度判断 bool alarm_state = FALSE; static void simpleBLECentralProcessGATTMsg( gattMsgEvent_t *pMsg ) { ... curr_temp = pMsg->msg.readRsp.value[0] + ((pMsg->msg.readRsp.value[1]<<8)&0xFF00); LOG("current tempature:%d\n",curr_temp); if(curr_temp >2200) { alarm_state = TRUE; } else { alarm_state = FALSE; } ... } //点亮LED static void simpleBLECentral_ReadWriteNotifyTest(void) { ... if(rd_and_wr == TRUE) { pReq = osal_mem_alloc(sizeof(attWriteReq_t)); pReq->sig = 0; pReq->cmd = 0; pReq->handle = 0x35; pReq->len = 1; pReq->value[0] = alarm_state; bStatus_t status = GATT_WriteCharValue(simpleBLEConnHandle, pReq, simpleBLETaskId); osal_mem_free(pReq); } ... }
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心得体会
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