一、蓝牙介绍

官网 蓝牙 (Bluetooth) | 微信开放文档

       蓝牙低功耗是从蓝牙 4.0 起支持的协议,与经典蓝牙相比,功耗极低、传输速度更快,但传输数据量较小。常用在对续航要求较高且只需小数据量传输的各种智能电子产品中,比如智能穿戴设备、智能家电、传感器等,应用场景广泛。

1. 角色/工作模式

蓝牙低功耗协议给设备定义了若干角色,或称工作模式。小程序蓝牙目前支持的有以下几种:

1) 中心设备/主机 (Central)

中心设备可以扫描外围设备,并在发现有外围设备存在后与之建立连接,之后就可以使用外围设备提供的服务(Service)。

一般而言,手机会担任中心设备的角色,利用外围设备提供的数据进行处理或展示等等。小程序提供低功耗蓝牙接口是默认设定手机为中心设备的。

2) 外围设备/从机 (Peripheral)

外围设备一直处于广播状态,等待被中心设备搜索和连接,不能主动发起搜索。例如智能手环、传感器等设备。

如果外围设备广播时被设置为不可连接的状态,也被称为广播模式 (Broadcaster),常见的例子是蓝牙信标 (Beacon) 设备。

注意

在小程序中,蓝牙设备可以同时处于主机和从机模式。在安卓设备上,只需要调用 wx.openBluetoothAdapter 初始化一次蓝牙适配器;而在 iOS 设备上,需要分别使用两种不同的 mode 参数分别初始化中心设备和外围设备的蓝牙适配器。建议统一对于主机和从机模式分别进行一次初始化。wx.closeBluetoothAdapter 会同时关闭两种模式的蓝牙适配器。

2. 通信协议

在两个蓝牙低功耗设备建立连接之后,双方的数据交互是基于 GATT (Generic Attribute Profile) 规范,根据该规范可以定义出一个个配置文件 (Profile),描述该蓝牙设备提供的服务 (Service)。

在整个通信过程中,有几个最主要的概念:

  • 配置文件 (Profile): Profile 是被蓝牙标准预先定义的一些 Service 的集合,并不真实存在于蓝牙设备中。如果蓝牙设备之间要相互兼容,它们只要支持相同的 Profile 即可。一个蓝牙设备可以支持多个 Profile。

  • 服务 (Service): Service 是蓝牙设备对外提供的服务,一个设备可以提供多个服务,比如电量信息服务、系统信息服务等。每个服务由一个 UUID 唯一标识。

  • 特征 (Characteristic): 每个 Service 包含 0 至多个 Characteristic。比如,电量信息服务就会有个 Characteristic 表示电量数据。Characteristic 包含一个值 (value)和 0 至多个描述符 (Descriptor) 组成。在与蓝牙设备通信时,主要就是通过读写 Characteristic 的 value 完成。 每个 Characteristic 由一个 UUID 唯一标识。

  • 描述符 (Descriptor): Descriptor 是描述特征值的已定义属性。例如,Descriptor 可指定人类可读的描述、特征值的取值范围或特定于特征值的度量单位。每个 Descriptor 由一个 UUID 唯一标识。

3. UUID (Universally Unique Identifier)

根据蓝牙 4.2 协议规范(Vol 3, Part B, section 2.5.1 UUID),UUID 是一个 128 位的唯一标识符,用来标识 Service 和 Characteristic 等。

为了减少存储和传输 128 位 UUID 值的负担,蓝牙技术联盟预分配了一批 UUID,这一批 UUID 拥有一个共同部分,被称为 Bluetooth Base UUID,即 00000000-0000-1000-8000-00805F9B34FB。因此,预分配的 UUID 也可以使用 16 位或 32 位表示,其中 16 位 UUID 最为常用。使用 16/32 位的 UUID 可以降低存储和传输的负载。开发者自定义的 UUID 应注意不能与预分配的 UUID 冲突。

在小程序中,wx.startBluetoothDevicesDiscovery 和 wx.getConnectedBluetoothDevices 的参数支持 16/32/128 位 UUID。在其他接口的参数中,

  • iOS 支持直接使用 16 位 和 128 位的 UUID;

  • Android 8.0.9 版本开始,支持直接使用 16/32/128 位 UUID;

  • Android 8.0.9 以下版本,只支持 128 位的 UUID,需要开发者手动补位到 128 位。补位方式如下

128位UUID = 16位UUID * 2^96 + Bluetooth Base UUID
128位UUID = 32位UUID * 2^96 + Bluetooth Base UUID

例如

0x180F -> 0000180F-0000-1000-8000-00805F9B34FB

所有接口的返回值统一为 128 位 UUID。

二、微信小程序蓝牙api

官网 设备/蓝牙wx.stopBluetoothDevicesDiscovery(Object object) | 微信开放文档

主要用到API如下:

1.打开蓝牙适配器:wx.openBluetoothAdapter,后续所有蓝牙模块功能都需要先打开适配器才能进行

2.搜寻蓝牙设备:

        2.1 开始搜寻:wx.startBluetoothDevicesDiscovery,此功能比较消耗性能,如果搜索到特定设备可即时停止

        2.2 发现设备事件:wx.onBluetoothDeviceFound,在这儿添加实时更新设备列表业务代码

        2.3 停止扫描:wx.onBluetoothDeviceFound,停止扫描新的蓝牙设备,当蓝牙扫描到指令设备时,需要即时关闭扫描保证性能

        2.4 关闭发现设备事件监听:wx.offBluetoothDeviceFound

3.连接蓝牙设备: wx.createBLEConnection,通过传入蓝牙设备deviceId进行设备直连。这里的deviceId可通过上面扫描时wx.onBluetoothDeviceFound响应值获取

4.监听蓝牙设备连接状态:wx.onBLEConnectionStateChange: 包括开发者主动连接或断开连接,设备丢失,连接异常断开等等

5.获取蓝牙服务

        5.1 获取蓝牙低功耗设备所有服务: wx.getBLEDeviceServices,通过

        5.2 根据特定服务UUID查询所有特征:[wx.getBLEDeviceCharacteristics](wx.getBLEDeviceCharacteristics),

6.监听蓝牙数据(实时获取蓝牙跳绳回传的电量,跳绳数量等信息)

        6.1 订阅特征变化:wx.notifyBLECharacteristicValueChange,开启订阅后续才能监听到蓝牙数据变化

        6.2 监听特征值变化:wx.onBLECharacteristicValueChange,通过监听事件触发数据解析业务

7.发送数据(向蓝牙跳绳下发指令)

        7.1 下发指令:wx.writeBLECharacteristicValue,通过向蓝牙特定服务的对应特征值写入数据,完成交互。注意:要对应支持“write"属性的特征值

8.关闭蓝牙活动

        8.1 wx.stopBluetoothDevicesDiscovery(): 停止扫描新设备

        8.2 wx.offBluetoothDeviceFound():关闭扫描新设备监听事件

        8.3 wx.offBLECharacteristicValueChange():关闭特征值变化监听(数据监听)

        8.4 wx.offBLEConnectionStateChange():移除蓝牙低功耗连接状态改变事件的监听函数

        8.5 wx.closeBLEConnection: 断开蓝牙连接

        8.6 wx.closeBluetoothAdapter():关闭蓝牙适配器

三、连接流程

1、初始化蓝牙

初次加载,自动获取获取系统信息,检查蓝牙适配器是否可用

初始化蓝牙,提示蓝牙,开始自动搜索蓝牙设备

initBlue(){
    var that = this;
    wx.openBluetoothAdapter({//调用微信小程序api 打开蓝牙适配器接口
      success: function (res) {
        console.log(res)
        wx.showToast({
          title: '初始化成功',
          icon: 'success',
          duration: 800
        })
        that.findBlue();//2.0
      },
      fail: function (res) {//如果手机上的蓝牙没有打开,可以提醒用户
        wx.showToast({
          title: '请开启蓝牙',
          icon: 'error',
          duration: 1000
        })
      }
    })
  },

2、搜索蓝牙设备

把搜索到的设备保存在一个数组内,渲染在页面

显示设备名称和连接按钮

//搜索蓝牙设备,并开始连接
    findBlue() {
        var that = this
        //开始搜索蓝牙
        wx.startBluetoothDevicesDiscovery({
            allowDuplicatesKey: false,
            interval: 0,
            success: function (res) {
                console.log(res);
                // wx.showLoading({
                //     title: '正在搜索设备',
                // })
                // that.getBlue()//3.0
            }
        })
        //页面渲染过滤后的蓝牙列表
        wx.getBluetoothDevices({
            success: function (res) {
                console.log(res) //蓝牙列表
                let arr = []
                res.devices.forEach(item => {
                    if (item.name != '未知设备' && item.name) {
                        arr.push(item)
                    }
                })
                that.setData({
                    deviceList: arr
                })
                console.log(that.data.deviceList)
            }
        })
    },

3、连接蓝牙与设备

点击连接按钮创建连接,获取设备信息

    connetBlueDeviceId(deviceid) {
        this.setData({
            deviceId: deviceid
        })
        var that = this;
        wx.createBLEConnection({
            // 这里的 deviceId 需要已经通过 createBLEConnection 与对应设备建立链接
            deviceId: deviceid, //设备id
            success: function (res) {
                console.log("res", res)
                that.setData({
                    value: 100
                })
                setTimeout(() => {
                    that.setData({
                        isgo: true
                    })
                }, 1000)
                // wx.showToast({
                //     title: '连接成功',
                //     icon: 'success',
                //     duration: 800
                // })
                that.getServiceId() //5.0
            },
            fail(err) {
                console.log(err);
                if(err.errCode == -1){
                    that.setData({
                        value: 100
                    })
                    setTimeout(() => {
                        that.setData({
                            isgo: true
                        })
                    }, 1000)
                    that.getServiceId() //5.0
                }
            }
        })
    },

4、获取蓝牙设备上所有服务

连接成功停止搜索,获取已连接蓝牙的服务

// 连接上需要的蓝牙设备之后,获取这个蓝牙设备的服务uuid
    getServiceId() {
        var that = this
        wx.getBLEDeviceServices({
            // 这里的 deviceId 需要已经通过 createBLEConnection 与对应设备建立链接
            deviceId: that.data.deviceId,
            success: function (res) {
                console.log(res)
                var item = res.services[2];
                that.setData({
                    services: item.uuid
                })
                that.getCharacteId(that.data.deviceId, that.data.services) //6.0
            },
            fail(err) {
                console.log(err);
            }
        })
    },

5、获取蓝牙设备某个服务中所有特征值

连接成功获取蓝牙设备服务和特征值(是否能读写)

//获取蓝牙设备某个服务中所有特征值
    getCharacteId(deviceId, services) {
        console.log(this.data.deviceId, this.data.services)
        var that = this
        wx.getBLEDeviceCharacteristics({
            // 这里的 deviceId 需要已经通过 createBLEConnection 与对应设备建立链接
            deviceId: that.data.deviceId,
            // 这里的 serviceId 需要在上面的 getBLEDeviceServices 接口中获取
            serviceId: that.data.services,
            success: function (res) {
                console.log(res)
                for (var i = 0; i < res.characteristics.length; i++) { //2个值
                    var item = res.characteristics[i];
                    if (item.properties.indicate || item.properties.notify) {
                        that.setData({
                            propertiesuuId: item.uuid,
                        })
                        that.startNotice(that.data.propertiesuuId) //7.0
                    }
                    if (item.properties.write == true) {
                        that.setData({
                            writeId: item.uuid //用来写入的值
                        })
                    }
                }
            },
            fail(err) {
                console.log("getBLEDeviceCharacteristics", err);
            }
        })
    },

6、创建连接,发送指令

startNotice(uuid) {
        console.log(this.data.deviceId, this.data.services, uuid)
        wx.notifyBLECharacteristicValueChange({
            state: true, // 启用 notify 功能
            deviceId: this.data.deviceId,
            serviceId: this.data.services,
            characteristicId: uuid, //第一步 开启监听 notityid  第二步发送指令 write
            type: "notification",
            success: (res) => {
                console.log(res,"notify创建连接,发送指令")
                this.exchange_mtu()
            }
        })
    },

7、修改mtu

exchange_mtu() {
        let that = this
        wx.setBLEMTU({
            deviceId: this.data.deviceId,
            mtu: 247,
            success: function (res) {
                console.log(res,"mtu update success")
                that.onble()
            },
            fail: function (res) {
                console.log(res,"mtu update failed")
            },
            complete: function (res) {
                console.log(res,"mtu update complete")
            }
        })
    },

//获取mtu
getmtu() {
        wx.getBLEMTU({
            deviceId: this.data.deviceId,
            writeType: 'write',
            success(res) {
                console.log(res)
            }
        })
    },

8、监听设备返回

onble() {
        let that = this
        // ArrayBuffer转16进制字符串示例
        function ab2hex(buffer) {
            let hexArr = Array.prototype.map.call(
                new Uint8Array(buffer),
                function (bit) {
                    return ('00' + bit.toString(16)).slice(-2)
                }
            )
            return hexArr.join('');
        }


        function hex2a(hexx) {
            var hex = hexx.toString(); //force conversion
            var str = '';
            for (var i = 0; i < hex.length; i += 2)
                str += String.fromCharCode(parseInt(hex.substr(i, 2), 16));
            return str;
        }
        wx.onBLECharacteristicValueChange(function (res) {
            console.log(`characteristic ${res.characteristicId} has changed, now is ${res.value}`)
            console.log(ab2hex(res.value))
            console.log(hex2a(ab2hex(res.value)))
        })
    },

四、通过蓝牙查询配置设备参数

1、查询下发数据帧

compoundPack() {
        let myData = {
            cmdType: this.data.type,
            mtu: "247",
            devicecode: this.data.devicecode
        }
        http.post(http.compoundPack, myData).then((res, err) => {
            console.log(res)
            if (res.status) {
                this.setData({
                    dataPacks: res.data.dataPacks[0]
                })
                this.writeBleEvent()
            }
        })
    },

2、将数据帧写入设备

//写入数据
    writeBleEvent() {
        console.log("开始写入值" + this.data.dataPacks);
        var that = this;

        var cell = {
            "writeValue": this.data.dataPacks,
        }
        //蓝牙设备特征值对应的值,为 16 进制字符串,限制在 20 字节内。超过可使用分包
        // var buffer = this.string2buffer(cell.writeValue);
        var buffer = this.stringToHex(cell.writeValue);
        setTimeout(function () {
            var thisWriteDeviceId = that.data.deviceId;
            var thisWriteServiceId = that.data.services;
            var thisWriteCharacteristicId = that.data.writeId;
            console.log(thisWriteDeviceId, thisWriteServiceId, thisWriteCharacteristicId, buffer)
            wx.writeBLECharacteristicValue({
                deviceId: thisWriteDeviceId,
                serviceId: thisWriteServiceId,
                characteristicId: thisWriteCharacteristicId,
                value: buffer,
                success: function (res) {
                    console.log(res.errMsg);
                    console.log("发送成功");
                    that.onble()
                },
                fail: function (res) {
                    console.log(res);
                    console.log("发送失败." + res.errMsg);
                    if (res.errCode == 10006) {
                        that.setData({
                            isconnect: false
                        })
                    }
                },
                complete: function () {}
            }, 1000);
        });
    },

3、接收设备回复

console.log(stat,onble() {
        let that = this
        // ArrayBuffer转16进制字符串示例
        function ab2hex(buffer) {
            let hexArr = Array.prototype.map.call(
                new Uint8Array(buffer),
                function (bit) {
                    return ('00' + bit.toString(16)).slice(-2)
                }
            )
            return hexArr.join('');
        }

        function hex2a(hexx) {
            var hex = hexx.toString(); //force conversion
            var str = '';
            for (var i = 0; i < hex.length; i += 2)
                str += String.fromCharCode(parseInt(hex.substr(i, 2), 16));
            return str;
        }
        wx.onBLECharacteristicValueChange(function (res) {
            console.log('res', res)
            console.log('hex:', ab2hex(res.value))
            console.log('hex2astring:', hex2a(ab2hex(res.value)))

            let view = new Uint8Array(res.value);

            let stat
            for (let i = 0; i < view.length; i++) {
                if ((i + 1) <= view.length) {
            ab2hex(stat))

            if (stat) {
                const getShort = (a, b) => a << 8 | b << 0
                const firstShort = getShort(stat[11], stat[12]) 
                const secondShort = getShort(stat[12], stat[11])
                console.log(firstShort, secondShort, '111')
                let bitbufferlength = firstShort + 17
                console.log(bitbufferlength,stat.length,'长度')
                that.setData({
                    bufferarr: stat
                })
                if (bitbufferlength == stat.length) {
                    if (ab2hex(stat)) {
                        that.frameParse(ab2hex(stat))
                    }         if (view[i] == '0x7E' && view[i + 1] == '0x7E') {
                        stat = view.subarray(i)
                    }
                }
            }
            console.log(stat,
                }else if(bitbufferlength < stat.length){
                    stat = stat.slice(0,bitbufferlength)
                    console.log(stat,ab2hex(stat),'截取')
                    that.frameParse(ab2hex(stat))
                }
            } else {
                console.log(that.data.bufferarr, ab2hex(that.data.bufferarr), ab2hex(res.value), '拼接')
                if (that.data.bufferarr.length > 0 && (ab2hex(res.value).indexOf('0d0a') == -1)) {
                    that.frameParse(ab2hex(that.data.bufferarr) + ab2hex(res.value))
                }
            }



        })
    },

4、数据帧解析

frameParse(hex) {
        console.log('hex1111111111', hex)
        this.setData({
            bufferarr: []
        })
        let myData = {
            hexData: hex,
            devicecode: this.data.devicecode
        }
        if (this.data.type == '1') {
            myData.devicecode = ''
        }
        http.post(http.frameParse, myData).then((res, err) => {
            console.log(res)
            if (res.status) {
                wx.showToast({
                    title: '成功',
                    icon: 'success',
                    duration: 2000
                })
                //处理json数据回显渲染至页面
            }
        })
    },

五、其他-蓝牙断开与重连

1、蓝牙手动断开

let that = this
        wx.closeBLEConnection({
            deviceId,
            success(res) {
                console.log(res)
                wx.showToast({
                    title: '断开成功',
                    icon: 'success',
                    duration: 800
                })
                that.setData({
                    isconnect: false
                })
            }
        })

2、重新连接

bluetooth.connetBlueDeviceId(device)

封装蓝牙连接 3-6

wx.createBLEConnection()开始

六、遇到的问题及解决

1、onBLECharacteristicValueChange监听不到响应数据

解决方法:

1、给onBLECharacteristicValueChange添加延时器;

2、给notifyBLECharacteristicValueChange添加type: 'notification';

3、给writeBLECharacteristicValue添加 writeType: 'writeNoResponse';

4、更换手机设备:Android、IOS设备;

5、查看特征值:read、notify、write、writeNoResponse;

6、分包发送:蓝牙BLE最大支持20个字节发送,因此超过20个字节需要分包发送;

7、遵循硬件文档:使用指定服务,写入、接收分别使用的特征值;

2、关键概念

字节

字节(Byte):是计算机信息技术用于计量存储容量的一种计量单位,作为一个单位来处理的一个二进制数字串。其中下发指令或处理数据时都可以应用到

  • 1B(byte,字节)= 8 bit(比特), 相当于一个字符

  • 一个字节能表示的最大的整数就是255

  • 例如: 数据为5d000001be5d理解为6个字节(6B)

MAC地址(Media Access Control Address)

蓝牙设备的物理地址,每个设备只有一个唯一值。

UUID:(Universally Unique Identifier)

通用唯一识别码,一种软件识别码,一个设备中可以有  多个UUID,一个UUID对应一个软件服务部分。

通过蓝牙的UUID来标识 蓝牙服务与通讯访问的属性,不同的蓝牙服务和属性使用的是不同的方法,所以在获取到蓝牙服务时需要保持服务一致才能通信

蓝牙的read,write,notification特征属性,都有对应的特征服务字段(同样是UUID)。

厂商可以自定义蓝牙服务以及特征字段,因此实现蓝牙通信的前提是拿到确定的服务特征值

服务(service)

有关特征值的收集,用来操作特定功能,所以一个服务里可以有多个特征值。例如,“体温计”服务包括一个温度测量值,以及测量的时间间隔。

特征值(characteristic)

在蓝牙设备之间传递的数据值,例如当前温度测量值。

3、注意事项

  • iOS 上,对特征值的 read、write、notify 操作,由于系统需要获取特征值实例,传入的 serviceId 与 characteristicId 必须由 wx.getBLEDeviceServices 与 wx.getBLEDeviceCharacteristics 中获取到后才能使用。建议统一在建立连接后先执行 wx.getBLEDeviceServices 与 wx.getBLEDeviceCharacteristics 后再进行与蓝牙设备的数据交互。

  • 考虑到蓝牙功能可以间接进行定位,安卓 6.0 及以上版本,无定位权限或定位开关未打开时,无法进行设备搜索。

  • 安卓上,部分机型获取设备服务时会多出 00001800 和 00001801 UUID 的服务,这是系统行为,注意不要使用这两个服务。

  • 建立连接和关闭连接必须要成对调用。如果未能及时关闭连接释放资源,安卓上容易导致 state 133 GATT ERROR 的异常。

  • 在与蓝牙设备传输数据时,需要注意 MTU(最大传输单元)。如果数据量超过 MTU 会导致错误,建议根据蓝牙设备协议进行分片传输。安卓设备可以调用 wx.setBLEMTU 进行 MTU 协商。在 MTU 未知的情况下,建议使用 20 字节为单位传输。

Logo

旨在为数千万中国开发者提供一个无缝且高效的云端环境,以支持学习、使用和贡献开源项目。

更多推荐