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IOS学习之蓝牙4.0

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发表于 2015-4-11 23:42:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
本文转自 http://blog.csdn.net/pony_maggie/article/details/26740237


作者:小马


IOS学习也一段时间了,该上点干货了。前段时间研究了一下IOS蓝牙通讯相关的东西,把研究的一个成果给大家分享一下。


一 项目背景

简单介绍一下做的东西,设备是一个金融刷卡器,通过蓝牙与iphone手机通讯。手机端的app通过发送不同的指令(通过蓝牙)控制刷卡器执行一些动作,比如读磁条卡,读金融ic卡等。上几张图容易理解一些:


            


看了上面几张图,你应该大概了解这是个什么东东了。


二 IOS 蓝牙介绍


蓝牙协议本身经历了从1.0到4.0的升级演变, 最新的4.0以其低功耗著称,所以一般也叫BLE(Bluetoothlow energy)。


iOS 有两个框架支持蓝牙与外设连接。一个是 ExternalAccessory。从ios3.0就开始支持,也是在iphone4s出来之前用的比较多的一种模式,但是它有个不好的地方,External Accessory需要拿到苹果公司的MFI认证。


另一个框架则是本文要介绍的CoreBluetooth,在iphone4s开始支持,专门用于与BLE设备通讯(因为它的API都是基于BLE的)。这个不需要MFI,并且现在很多蓝牙设备都支持4.0,所以也是在IOS比较推荐的一种开发方法。


三 CoreBluetooth介绍


CoreBluetooth框架的核心其实是两个东西,peripheral和central, 可以理解成外设和中心。对应他们分别有一组相关的API和类,如下图所示:


如果你要编程的设备是central那么你大部分用到,反之亦然。在我们这个示例中,金融刷卡器是peripheral,我们的iphone手机是central,所以我将大部分使用上图中左边部分的类。使用peripheral编程的例子也有很多,比如像用一个ipad和一个iphone通讯,ipad可以认为是central,iphone端是peripheral,这种情况下在iphone端就要使用上图右边部分的类来开发了。


四 服务和特征


有个概念有必要先说明一下。什么是服务和特征呢(service and characteristic)?


每个蓝牙4.0的设备都是通过服务和特征来展示自己的,一个设备必然包含一个或多个服务,每个服务下面又包含若干个特征。特征是与外界交互的最小单位。比如说,一台蓝牙4.0设备,用特征A来描述自己的出厂信息,用特征B来与收发数据等。


服务和特征都是用UUID来唯一标识的,UUID的概念如果不清楚请自行google,国际蓝牙组织为一些很典型的设备(比如测量心跳和血压的设备)规定了标准的service UUID(特征的UUID比较多,这里就不列举了),如下:


[objc] view plaincopy


  •    
  • #define      BLE_UUID_ALERT_NOTIFICATION_SERVICE   0x1811  
  • #define     BLE_UUID_BATTERY_SERVICE   0x180F  
  • #define     BLE_UUID_BLOOD_PRESSURE_SERVICE   0x1810  
  • #define     BLE_UUID_CURRENT_TIME_SERVICE   0x1805  
  • #define     BLE_UUID_CYCLING_SPEED_AND_CADENCE   0x1816  
  • #define     BLE_UUID_DEVICE_INFORMATION_SERVICE   0x180A  
  • #define     BLE_UUID_GLUCOSE_SERVICE   0x1808  
  • #define     BLE_UUID_HEALTH_THERMOMETER_SERVICE   0x1809  
  • #define     BLE_UUID_HEART_RATE_SERVICE   0x180D  
  • #define     BLE_UUID_HUMAN_INTERFACE_DEVICE_SERVICE   0x1812  
  • #define     BLE_UUID_IMMEDIATE_ALERT_SERVICE   0x1802  
  • #define     BLE_UUID_LINK_LOSS_SERVICE   0x1803  
  • #define     BLE_UUID_NEXT_DST_CHANGE_SERVICE   0x1807  
  • #define     BLE_UUID_PHONE_ALERT_STATUS_SERVICE   0x180E  
  • #define     BLE_UUID_REFERENCE_TIME_UPDATE_SERVICE   0x1806  
  • #define     BLE_UUID_RUNNING_SPEED_AND_CADENCE   0x1814  
  • #define     BLE_UUID_SCAN_PARAMETERS_SERVICE   0x1813  
  • #define     BLE_UUID_TX_POWER_SERVICE   0x1804  
  • #define     BLE_UUID_CGM_SERVICE   0x181A  




当然还有很多设备并不在这个标准列表里,比如我用的这个金融刷卡器。蓝牙设备硬件厂商通常都会提供他们的设备里面各个服务(service)和特征(characteristics)的功能,比如哪些是用来交互(读写),哪些可获取模块信息(只读)等。



五 实现细节


作为一个中心要实现完整的通讯,一般要经过这样几个步骤:


建立中心角色—扫描外设(discover)—连接外设(connect)—扫描外设中的服务和特征(discover)—与外设做数据交互(explore and interact)—断开连接(disconnect)。


1建立中心角色


首先在我自己类的头文件中要包含CoreBluetooth的头文件,并继承两个协议<CBCentralManagerDelegate,CBPeripheralDelegate>,代码如下:


[objc] view plaincopy


  • #import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>  
  • CBCentralManager *manager;  
  • manager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];  




2扫描外设(discover)


代码如下:


[objc] view plaincopy


  • [manager scanForPeripheralsWithServices:nil optionsptions];  




这个参数应该也是可以指定特定的peripheral的UUID,那么理论上这个central只会discover这个特定的设备,但是我实际测试发现,如果用特定的UUID传参根本找不到任何设备,我用的代码如下:


[objc] view plaincopy


  • NSArray *uuidArray = [NSArray arrayWithObjects:[CBUUID UUIDWithString"1800"],[CBUUID UUIDWithString"180A"],  
  • [CBUUID UUIDWithString"1CB2D155-33A0-EC21-6011-CD4B50710777"],[CBUUID UUIDWithString"6765D311-DD4C-9C14-74E1-A431BBFD0652"],nil];  
  •       
  • [manager scanForPeripheralsWithServices:uuidArray optionsptions];  


目前不清楚原因,怀疑和设备本身在的广播包有关。


3连接外设(connect)

当扫描到4.0的设备后,系统会通过回调函数告诉我们设备的信息,然后我们就可以连接相应的设备,代码如下:


[objc] view plaincopy


  • - (void)centralManagerCBCentralManager *)central didDiscoverPeripheralCBPeripheral *)peripheral advertisementDataNSDictionary *)advertisementData RSSINSNumber *)RSSI  
  • {  
  •   
  •     if(![_dicoveredPeripherals containsObject:peripheral])  
  •         [_dicoveredPeripherals addObject:peripheral];  
  •       
  •     NSLog(@"dicoveredPeripherals:%@", _dicoveredPeripherals);  
  • }  





[objc] view plaincopy


  • //连接指定的设备  
  • -(BOOL)connectCBPeripheral *)peripheral  
  • {  
  •     NSLog(@"connect start");  
  •     _testPeripheral = nil;  
  •       
  •     [manager connectPeripheral:peripheral  
  •                        options:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithBool:YES] forKey:CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey]];  
  •       
  •     //开一个定时器监控连接超时的情况  
  •     connectTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:5.0f target:self selectorselector(connectTimeout userInfo:peripheral repeats:NO];  
  •   
  •     return (YES);  
  • }  




4扫描外设中的服务和特征(discover)

同样的,当连接成功后,系统会通过回调函数告诉我们,然后我们就在这个回调里去扫描设备下所有的服务和特征,代码如下:


[objc] view plaincopy


  • - (void)centralManagerCBCentralManager *)central didConnectPeripheralCBPeripheral *)peripheral  
  • {  
  •     [connectTimer invalidate];//停止时钟  
  •       
  •     NSLog(@"Did connect to peripheral: %@", peripheral);  
  •     _testPeripheral = peripheral;  
  •       
  •     [peripheral setDelegate:self];  
  •     [peripheral discoverServices:nil];  
  •       
  •       
  • }  



一个设备里的服务和特征往往比较多,大部分情况下我们只是关心其中几个,所以一般会在发现服务和特征的回调里去匹配我们关心那些,比如下面的代码:


[objc] view plaincopy


  • - (void)peripheralCBPeripheral *)peripheral didDiscoverServicesNSError *)error  
  • {  
  •   
  •       
  •     NSLog(@"didDiscoverServices");  
  •       
  •     if (error)  
  •     {  
  •         NSLog(@"Discovered services for %@ with error: %@", peripheral.name, [error localizedDescription]);  
  •          
  •         if ([self.delegate respondsToSelectorselector(DidNotifyFailConnectService:withPeripheral:error])  
  •             [self.delegate DidNotifyFailConnectService:nil withPeripheral:nil error:nil];  
  •          
  •         return;  
  •     }  
  •       
  •   
  •     for (CBService *service in peripheral.services)  
  •     {  
  •          
  •         if ([service.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_PROPRIETARY_SERVICE]])  
  •         {  
  •             NSLog(@"Service found with UUID: %@", service.UUID);  
  •             [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];  
  •             isVPOS3356 = YES;  
  •             break;  
  •         }  
  •          
  •          
  •     }  
  • }  


[objc] view plaincopy


  • - (void)peripheralCBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error   
  • {  
  •       
  •     if (error)   
  •     {  
  •         NSLog(@"Discovered characteristics for %@ with error: %@", service.UUID, [error localizedDescription]);  
  •          
  •         if ([self.delegate respondsToSelectorselector(DidNotifyFailConnectChar:withPeripheral:error])  
  •             [self.delegate DidNotifyFailConnectChar:nil withPeripheral:nil error:nil];  
  •          
  •         return;  
  •     }  
  •       
  •       
  •     for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics)  
  •     {  
  •         if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_TRANS_TX]])  
  •         {  
  •             NSLog(@"Discovered read characteristics:%@ for service: %@", characteristic.UUID, service.UUID);  
  •               
  •             _readCharacteristic = characteristic;//保存读的特征  
  •               
  •             if ([self.delegate respondsToSelectorselector(DidFoundReadChar])  
  •                 [self.delegate DidFoundReadChar:characteristic];  
  •               
  •             break;  
  •         }  
  •     }  
  •   
  •       
  •     for (CBCharacteristic * characteristic in service.characteristics)  
  •     {  
  •          
  •          
  •         if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_TRANS_RX]])  
  •         {  
  •   
  •             NSLog(@"Discovered write characteristics:%@ for service: %@", characteristic.UUID, service.UUID);  
  •             _writeCharacteristic = characteristic;//保存写的特征  
  •               
  •             if ([self.delegate respondsToSelectorselector(DidFoundWriteChar])  
  •                 [self.delegate DidFoundWriteChar:characteristic];  
  •               
  •             break;  
  •               
  •               
  •         }  
  •     }  
  •       
  •     if ([self.delegate respondsToSelectorselector(DidFoundCharacteristic:withPeripheral:error])  
  •         [self.delegate DidFoundCharacteristic:nil withPeripheral:nil error:nil];  
  •       
  • }  


相信你应该已经注意到了,回调函数都是以"did"开头的,这些函数不用你调用,达到条件后系统后自动调用。


5与外设做数据交互(explore and interact)


发送数据很简单,我们可以封装一个如下的函数:


[objc] view plaincopy


  • //写数据  
  • -(void)writeChar:(NSData *)data  
  • {  
  •     [_testPeripheral writeValue:data forCharacteristic:_writeCharacteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];  
  • }  



_testPeripheral和_writeCharacteristic是前面我们保存的设备对象和可以读写的特征。


然后我们可以在外部调用它,比如当然我要触发刷卡时,先组好数据包,然后调用发送函数:


[objc] view plaincopy


  • -(void)msrRead  
  • {  
  •       
  •     unsigned char command[512] = {0};  
  •     unsigned charchar *pTmp;  
  •     int nSendLen = 0;  
  •     unsigned char ucCrc[3] = {0};  
  •       
  •     _commandType = COMMAND_MSR_READ;  
  •       
  •     pTmp = command;  
  •       
  •       
  •     *pTmp = 0x02;//start  
  •     pTmp++;  
  •       
  •     *pTmp = 0xc1;//main cmd  
  •     pTmp++;  
  •       
  •     *pTmp = 0x07;//sub cmd  
  •     pTmp++;  
  •       
  •       
  •       
  •     nSendLen = 2;  
  •       
  •     *pTmp = nSendLen/256;  
  •     pTmp++;  
  •     *pTmp = nSendLen%256;  
  •     pTmp++;  
  •       
  •     *pTmp = 0x00;//sub cmd  
  •     pTmp++;  
  •       
  •     *pTmp = 0x00;//sub cmd  
  •     pTmp++;  
  •       
  •       
  •     Crc16CCITT(command+1,pTmp-command-1,ucCrc);  
  •     memcpy(pTmp,ucCrc,2);  
  •       
  •       
  •     NSData *data = [[NSData alloc] initWithBytes:&command length:9];  
  •     NSLog(@"send data:%@", data);  
  •     [g_BLEInstance.recvData setLength:0];  
  •       
  •     [g_BLEInstance writeChar:data];  
  • }  




数据的读分为两种,一种是直接读(reading directly),另外一种是订阅(subscribe)。从名字也能基本理解两者的不同。实际使用中具体用一种要看具体的应用场景以及特征本身的属性。前一个好理解,特征本身的属性是指什么呢?特征有个properties字段(characteristic.properties),它是一个整型值,有如下几个定义:


[objc] view plaincopy


  • enum {  
  •      CBCharacteristicPropertyBroadcast = 0x01,  
  •      CBCharacteristicPropertyRead = 0x02,  
  •      CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse = 0x04,  
  •      CBCharacteristicPropertyWrite = 0x08,  
  •      CBCharacteristicPropertyNotify = 0x10,  
  •      CBCharacteristicPropertyIndicate = 0x20,  
  •      CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites = 0x40,  
  •      CBCharacteristicPropertyExtendedProperties = 0x80,  
  •      };  



比如说,你要交互的特征,它的properties的值是0x10,表示你只能用订阅的方式来接收数据。我这里是用订阅的方式,启动订阅的代码如下:


[objc] view plaincopy


  • //监听设备  
  • -(void)startSubscribe  
  • {  
  •     [_testPeripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:_readCharacteristic];  
  • }  




当设备有数据返回时,同样是通过一个系统回调通知我,如下所示:


[objc] view plaincopy


  • - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error  
  • {  
  •          
  •     if (error)   
  •     {  
  •         NSLog(@"Error updating value for characteristic %@ error: %@", characteristic.UUID, [error localizedDescription]);  
  •          
  •         if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadError])  
  •             [_mainMenuDelegate DidNotifyReadError:error];  
  •          
  •         return;  
  •     }  
  •       
  •     [_recvData appendData:characteristic.value];  
  •       
  •       
  •     if ([_recvData length] >= 5)//已收到长度  
  •     {  
  •         unsigned charchar *buffer = (unsigned charchar *)[_recvData bytes];  
  •         int nLen = buffer[3]*256 + buffer[4];  
  •         if ([_recvData length] == (nLen+3+2+2))  
  •         {  
  •             //接收完毕,通知代理做事  
  •             if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadData)])  
  •                 [_mainMenuDelegate DidNotifyReadData];  
  •               
  •         }  
  •     }  
  •   
  • }  




6 断开连接(disconnect)


这个比较简单,只需要一个API就行了,代码如下:


[objc] view plaincopy


  • //主动断开设备  
  • -(void)disConnect  
  • {  
  •       
  •     if (_testPeripheral != nil)  
  •     {  
  •         NSLog(@"disConnect start");  
  •         [manager cancelPeripheralConnection:_testPeripheral];  
  •     }  
  •   
  • }  



六 成果展示


上几张效果图,UI没怎么修饰,主要关注功能,实现了读取磁道信息,与金融ic卡进行APDU交互等功能。

      



     




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