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Android Ble蓝牙App（五）数据操作

Ble数据交互 Android BLE兼容低功耗蓝牙数据交互 2023-09-21 11:09:05 901人浏览泡泡鱼

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Ble蓝牙App（五）数据操作前言目录正文一、操作内容处理二、读取数据① 概念② 实操三、写入数据① 概念② 实操四、打开通知一、概念二、实操三、收到数据五、源码

Ble蓝牙App（五）数据操作

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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：

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。
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。
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：

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

        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()    }        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：

在这里插入图片描述

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

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。
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：

<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：

        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：

        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
在这里插入图片描述
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：

在这里插入图片描述

日志如下所示：

在这里插入图片描述

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：

        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 {    ...                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：

                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：

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

        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：

                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)}")        }                @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)}")        }