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iOS蓝牙开发 Bluetooth蓝牙CoreBluetooth 蓝牙中心设备的实现蓝牙外设的实现有Demo

百家作者：iOS开发 2017-07-20 11:28:29

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目的

最近公司在做一个iOS蓝牙项目，在开发的过程中简单整理了一些与之相关的基础知识，在这里分享一下。整理包括以下内容：

1、iOS蓝牙开发的关键词

2、蓝牙的简单介绍

3、CoreBluetooth框架

4、实现iOS蓝牙外设（Demo）

5、实现iOS蓝牙中心设备（Demo）

点击查看Demo的运行gif图，中心设备可以从外设读取数据，也可以向外设写入数据。外设也可以向中心设备发送数据。

PS：需要使用真机测试。

iOS的蓝牙开发是围绕着CoreBluetooth框架来实现的。

下面先从iOS蓝牙开发的基本概念说起。

iOS蓝牙开发的关键词

中心设备：就是用来扫描周围蓝牙硬件的设备，比如通过你手机的蓝牙来扫描并连接智能手环，这时候你的手机就是中心设备。

外设：被扫描的设备。比如当你用手机的蓝牙扫描连接智能手环的时候，智能手环就是外设。

中心设备和外设

广播：就是外设不停的散播蓝牙信号，让中心设备可以扫描到。

外设广播

服务（services）：外设广播和运行的时候会有服务，可以理解成一个功能模块，中心设备可以读取服务。外设可以有多个服务。

特征（characteristic）：在服务中的一个单位，一个服务可以有多个特征，特征会有一个value，一般读写的数据就是这个value。

服务和特征.png

UUID：区分不同的服务和特征，可以理解为服务和特征的身份证。我们可以用UUID来挑选需要的服务和特征。

蓝牙的简单介绍

偷个懒：蓝牙百科

蓝牙（ Bluetooth® ）：是一种短距离无线通信技术，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）。蓝牙4.2发布于2014年12月2日，本文发布的时候，蓝牙的最新版本为4.2。

CoreBluetooth框架

蓝牙开发层次图

如上图所示，iOS中的蓝牙开发框架CoreBluetooth处在蓝牙低功耗协议栈的上面，我们开发的时候只是使用CoreBluetooth这个框架，通过CoreBluetooth可以轻松实现外设或中心设备的开发。

CoreBluetooth可以分为两大模块，中心设备central，外设peripheral，它们俩各有自己的一套API供我们使用。

中心设备和外设使用.png

上图左边的就是中心设备的开发类，我们平时是使用CBCentralManager来进行相关操作。

CBCentralManager：蓝牙中心设备管理类，用来统一调度中心设备的开发
CBPeripheral ：蓝牙外设，例如蓝牙手环、心率监测仪。
CBService ：蓝牙外设的服务，可以有0个或者多个服务。
CBCharacteristic ：服务中的特征，每一个蓝牙服务中可以有0个或多个特征，特征中包含数据信息。
CBUUID：可以理解为服务或特征的身份证，可以用来选择需要的服务和特征。

右边是外设开发相关类，一般是围绕着CBPeripheralManager来进行编码。

CBPeripheralManager：蓝牙外设开发时使用，用来开发蓝牙外设的中心管理类。
CBCentral：蓝牙中心设备，例如用来连接蓝牙手环的手机。
CBMutableService：外设开发的时候可以添加多个服务，所有这里用CBMutableService来创建添加服务。
CBMutableCharacteristic：每个服务中可以有多个特征，外设开发给服务添加特征的时候使用这个类。
CBATTRequest：读或者写请求。它的实例对象有一个value属性，用来装载外设进行蓝牙读取或写入请求时的数据。一般在外设写入或读取的回调方法中有这一个参数。

外设添加服务和特征

实现iOS蓝牙外设（Demo）

外设管理器

1、首先导入CoreBluetooth框架，并遵守协议

#import
// 遵守CBPeripheralManagerDelegate协议
@interface ViewController ()

2、创建外设管理对象，用一个属性来强引用这个对象。并且在创建的时候设置代理，声明放到哪个线程。

@property (nonatomic, strong) CBPeripheralManager *peripheralManager;

// 创建外设管理器，会回调peripheralManagerDidUpdateState方法
self.peripheralManager = [[CBPeripheralManager alloc] initWithDelegate:self queue:dispatch_get_main_queue()];

3、当创建CBPeripheralManager的时候，会回调判断蓝牙状态的方法。当蓝牙状态没问题的时候创建外设的Service（服务）和Characteristics（特征）。

/*
设备的蓝牙状态
CBManagerStateUnknown = 0, 未知
CBManagerStateResetting, 重置中
CBManagerStateUnsupported, 不支持
CBManagerStateUnauthorized, 未验证
CBManagerStatePoweredOff, 未启动
CBManagerStatePoweredOn, 可用
*/
- (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral {
if (peripheral.state == CBManagerStatePoweredOn) {
// 创建Service（服务）和Characteristics（特征）
[self setupServiceAndCharacteristics];
// 根据服务的UUID开始广播
[self.peripheralManager startAdvertising:@{CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey:@[[CBUUID UUIDWithString:SERVICE_UUID]]}];
}
}

可以先用宏来做两个标识字符串，用来创建服务和特征的UUID。

最终把创建好的特征放进服务，把服务放入中心管理器。

#define SERVICE_UUID @"CDD1"
#define CHARACTERISTIC_UUID @"CDD2"

/** 创建服务和特征 */
- (void)setupServiceAndCharacteristics {
// 创建服务
CBUUID *serviceID = [CBUUID UUIDWithString:SERVICE_UUID];
CBMutableService *service = [[CBMutableService alloc] initWithType:serviceID primary:YES];
// 创建服务中的特征
CBUUID *characteristicID = [CBUUID UUIDWithString:CHARACTERISTIC_UUID];
CBMutableCharacteristic *characteristic = [
[CBMutableCharacteristic alloc]
initWithType:characteristicID
properties:
CBCharacteristicPropertyRead |
CBCharacteristicPropertyWrite |
CBCharacteristicPropertyNotify
value:nil
permissions:CBAttributePermissionsReadable |
CBAttributePermissionsWriteable
];
// 特征添加进服务
service.characteristics = @[characteristic];
// 服务加入管理
[self.peripheralManager addService:service];

// 为了手动给中心设备发送数据
self.characteristic = characteristic;
}

注意CBCharacteristicPropertyNotify这个参数，只有设置了这个参数，在中心设备中才能订阅这个特征。

一般开发中可以设置两个特征，一个用来发送数据，一个用来接收中心设备写过来的数据，我们这里为了方便就只设置了一个特征。

最后用一个属性拿到这个特征，是为了后面单独发送数据的时候使用，数据的写入和读取最终还是要通过特征来完成。

4、当中心设备读取这个外设的数据的时候会回调这个方法。

/** 中心设备读取数据的时候回调 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didReceiveReadRequest:(CBATTRequest *)request {
// 请求中的数据，这里把文本框中的数据发给中心设备
request.value = [self.textField.text dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
// 成功响应请求
[peripheral respondToRequest:request withResult:CBATTErrorSuccess];
}

5、当中心设备写入数据的时候，外设会调用下面这个方法。

/** 中心设备写入数据的时候回调 */
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didReceiveWriteRequests:(NSArray *)requests {
// 写入数据的请求
CBATTRequest *request = requests.lastObject;
// 把写入的数据显示在文本框中
self.textField.text = [[NSString alloc] initWithData:request.value encoding:NSUTF8StringEncoding];
}

6、还有一个主动给中心设备发送数据的方法。

/** 通过固定的特征发送数据到中心设备 */
- (IBAction)didClickPost:(id)sender {
BOOL sendSuccess = [self.peripheralManager updateValue:[self.textField.text dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] forCharacteristic:self.characteristic onSubscribedCentrals:nil];
if (sendSuccess) {
NSLog(@"数据发送成功");
}else {
NSLog(@"数据发送失败");
}
}

7、中心设备订阅成功的时候回调。

/** 订阅成功回调 */
-(void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral central:(CBCentral *)central didSubscribeToCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic {
NSLog(@"%s",__FUNCTION__);
}

8、中心设备取消订阅的时候回调。

/** 取消订阅回调 */
-(void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral central:(CBCentral *)central didUnsubscribeFromCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic {
NSLog(@"%s",__FUNCTION__);
}

以上就是iOS蓝牙外设的基本实现流程，当然还有更多的地方可以进一步处理，这就需要投入更多的时间来学习实验了。

下面进入iOS蓝牙开发的主要部分，中心设备的实现，这也是手机App通常担任的角色。

实现iOS蓝牙中心设备（Demo）

中心设备管理器

1、同外设开发一样，首先要导入CoreBluetooth框架。

#import

2、遵守的协议与外设开发不同，中心设备的开发需要遵循如下两个协议。

@interface ViewController ()

3、创建中心管理器并用属性强引用，创建的时候也会设置代理和选择线程。

@property (nonatomic, strong) CBCentralManager *centralManager;

// 创建中心设备管理器，会回调centralManagerDidUpdateState
self.centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:dispatch_get_main_queue()];

4、当创建中心管理对象的时候，会回调如下方法用来判断中心设备的蓝牙状态。当蓝牙状态没问题的时候，可以根据外设服务的UUID来扫描需要的外设。所以自然而然的就想到了要定义与外设UUID相同的宏。

/** 判断手机蓝牙状态 */
#define SERVICE_UUID @"CDD1"
#define CHARACTERISTIC_UUID @"CDD2"

- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central {
// 蓝牙可用，开始扫描外设
if (central.state == CBManagerStatePoweredOn) {
NSLog(@"蓝牙可用");
// 根据SERVICE_UUID来扫描外设，如果不设置SERVICE_UUID，则扫描所有蓝牙设备
[central scanForPeripheralsWithServices:@[[CBUUID UUIDWithString:SERVICE_UUID]] options:nil];
}
if(central.state==CBCentralManagerStateUnsupported) {
NSLog(@"该设备不支持蓝牙");
}
if (central.state==CBCentralManagerStatePoweredOff) {
NSLog(@"蓝牙已关闭");
}
}

5、当扫描到外设之后，就会回调下面这个方法，可以在这个方法中继续设置筛选条件，例如根据外设名字的前缀来选择，如果符合条件就进行连接。

/** 发现符合要求的外设，回调 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI {
// 对外设对象进行强引用
self.peripheral = peripheral;

// if ([peripheral.name hasPrefix:@"WH"]) {
// // 可以根据外设名字来过滤外设
// [central connectPeripheral:peripheral options:nil];
// }

// 连接外设
[central connectPeripheral:peripheral options:nil];
}

7、当连接成功的时候，就会来到下面这个方法。为了省电，当连接上外设之后，就让中心设备停止扫描，并且别忘记设置连接上的外设的代理。在这个方法里根据UUID进行服务的查找。

/** 连接成功 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral{
// 可以停止扫描
[self.centralManager stopScan];
// 设置代理
peripheral.delegate = self;
// 根据UUID来寻找服务
[peripheral discoverServices:@[[CBUUID UUIDWithString:SERVICE_UUID]]];
NSLog(@"连接成功");
}

8、连接失败和断开连接也有各自的回调方法。在断开连接的时候，我们可以设置自动重连，根据项目需求来自定义里面的代码。

/** 连接失败的回调 */
-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error {
NSLog(@"连接失败");
}

/** 断开连接 */
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(nullable NSError *)error {
NSLog(@"断开连接");
// 断开连接可以设置重新连接
[central connectPeripheral:peripheral options:nil];
}

9、下面开始处理代理方法。

最开始就是发现服务的方法。这个方法里可以遍历服务，找到需要的服务。由于上面做的外设只有一个服务，所以我这里直接取服务中的最后一个lastObject就行了。

找到服务之后，连贯的动作继续根据特征的UUID寻找服务中的特征。

/** 发现服务 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error {

// 遍历出外设中所有的服务
for (CBService *service in peripheral.services) {
NSLog(@"所有的服务：%@",service);
}

// 这里仅有一个服务，所以直接获取
CBService *service = peripheral.services.lastObject;
// 根据UUID寻找服务中的特征
[peripheral discoverCharacteristics:@[[CBUUID UUIDWithString:CHARACTERISTIC_UUID]] forService:service];
}

10、下面这个方法里做的事情不少。

当发现特征之后，与服务一样可以遍历特征，根据外设开发人员给的文档找出不同特征，做出相应的操作。

我的外设只设置了一个特征，所以也是直接通过lastObject拿到特征。

再重复一遍，一般开发中可以设置两个特征，一个用来发送数据，一个用来接收中心设备写过来的数据。

这里用一个属性引用特征，是为了后面通过这个特征向外设写入数据或发送指令。

readValueForCharacteristic方法是直接读一次这个特征上的数据。

/** 发现特征回调 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error {

// 遍历出所需要的特征
for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {
NSLog(@"所有特征：%@", characteristic);
// 从外设开发人员那里拿到不同特征的UUID，不同特征做不同事情，比如有读取数据的特征，也有写入数据的特征
}

// 这里只获取一个特征，写入数据的时候需要用到这个特征
self.characteristic = service.characteristics.lastObject;

// 直接读取这个特征数据，会调用didUpdateValueForCharacteristic
[peripheral readValueForCharacteristic:self.characteristic];

// 订阅通知
[peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:self.characteristic];
}

setNotifyValue:(BOOL)enabled forCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic方法是对这个特征进行订阅，订阅成功之后，就可以监控外设中这个特征值得变化了。

11、当订阅的状态发生改变的时候，下面的方法就派上用场了。

/** 订阅状态的改变 */
-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateNotificationStateForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {
if (error) {
NSLog(@"订阅失败");
NSLog(@"%@",error);
}
if (characteristic.isNotifying) {
NSLog(@"订阅成功");
} else {
NSLog(@"取消订阅");
}
}

12、外设可以发送数据给中心设备，中心设备也可以从外设读取数据，当发生这些事情的时候，就会回调这个方法。通过特种中的value属性拿到原始数据，然后根据需求解析数据。

/** 接收到数据回调 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {
// 拿到外设发送过来的数据
NSData *data = characteristic.value;
self.textField.text = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
}

13、中心设备可以向外设写入数据，也可以向外设发送请求或指令，当需要进行这些操作的时候该怎么办呢。

首先把要写入的数据转化为NSData格式，然后根据上面拿到的写入数据的特征，运用方法writeValue:(NSData )data forCharacteristic:(CBCharacteristic )characteristic type:(CBCharacteristicWriteType)type来进行数据的写入。

当写入数据的时候，系统也会回调这个方法peripheral:(CBPeripheral )peripheral didWriteValueForCharacteristic:(nonnull CBCharacteristic )characteristic error:(nullable NSError *)error 。

/** 写入数据 */
- (IBAction)didClickPost:(id)sender {
// 用NSData类型来写入
NSData *data = [self.textField.text dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
// 根据上面的特征self.characteristic来写入数据
[self.peripheral writeValue:data forCharacteristic:self.characteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];
}

/** 写入数据回调 */
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(nonnull CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error {
NSLog(@"写入成功");
}