零基础掌握 iOS 蓝牙开发

前言

本文记录了博主第一次接触蓝牙，到使用 App 同周边蓝牙设备通信的过程。只讨论 App 作为中心设备的情况，不包含 App 作为周边设备的情形。

iOS 中使用 Core Bluetooth 框架实现蓝牙通信。Core Bluetooth 是基于蓝牙 4.0 的低功耗模式实现的。

蓝牙的连接类似于 Client/Server 构架模型。中心设备作为客户端，周边设备作为服务端，扫描并建立连接进行数据交换。

在开始编码前，先熟悉 iOS 在蓝牙通信中涉及到的几个类，搬砖费不费力。

准备

蓝牙相关的类图：

bluetooth.001.png

CBCentralManager 类表示中心设备，扫描发现周边蓝牙设备，周边蓝牙设备用 CBPeripheral 类表示。
一个蓝牙设备可能存在多种用途，每一种用途对应一个服务，使用 CBService 表示，比如心率传感器有心率监测服务。
一个服务可以细分为多种特征，使用 CBCharacteristic 表示，比如心率监测服务中，含有心率的测量值、地理位置的定位等 Characteristic。
一个特征可以有多种描述，用 CBDescriptor 表示。

以上涉及到的 CBService，CBCharacteristic，CBDescriptor 类都继承自 CBAttribute，它们有一个共同的属性 CBUUID，用来作为唯一的标识。

Peripheral 作为 Server 端， Central 作为 Client， Peripheral 广播自己的 Services 和 Characteristics， Central 可以选择订阅某一个具体的 Service, 也可以一次性订阅全部的 Server（不建议这么做）。获取到某个 Service 之后，同样需要继续发现这个服务下的 Characteristics。Peripheral 和 Central 之间通过 Characteristic 建立一个双向的数据通道。

注意一定要用真机测试。

编码

在 iOS 10 之后需要在 Info.plist 文件里面设置 NSBluetoothPeripheralUsageDescription 字段，添加访问蓝牙权限的描述，否则强行访问蓝牙功能会造成 Crash。

开始，初始化一个中心设备：

    CBCentralManager *centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil options:nil];
    _centralManager = centralManager;

这里有一个注意点，CBCentralManager 的创建是异步的，如果初始化完成之后没有被当前创建它的类所持有，就会在下一次 RunLoop 迭代的时候释放。当然 CBCentralManager 实例如果不是在 ViewController 中创建的，那么持有 CBCentralManager 的这个类在初始化之后也必须被 ViewController 持有，否则控制台会有如下的错误输出：

[CoreBluetooth] XPC connection invalid

如果成功初始化，就会回调 CBCentralManagerDelegate:

// 在 cetral 的状态变为 CBManagerStatePoweredOn 的时候开始扫描 
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central {
    if (central.state == CBManagerStatePoweredOn) {
        [_centralManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil];
    }
}

中心设备处于 PowerOn 状态的时候开始扫描周边设备，可以使用指定的 UUID 发现特定的 Service，也可以传入 nil，表示发现所有周边的蓝牙设备，不过还是建议只发现自己需要服务的设备。发现之后会回调如下方法：

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central
 didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
     advertisementData:(NSDictionary<NSString *, id> *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI {

    if (!peripheral.name) return; // Ingore name is nil peripheral.
    if (![_peripheralsList containsObject:peripheral]) {
        [_peripheralsList addObject:peripheral];
        _peripherals = _peripheralsList.copy;
    }
}

成功发现设备后选择一个 peripheral 建立连接，在建立连接之后停止发现：

[_centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];

连接成功后会继续回调 CBCentralManagerDelegate 中的方法：

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral {
    peripheral.delegate = self;

    // Client to do discover services method...
    CBUUID *seriveUUID = [CBUUID UUIDWithString:@"d2009d00-6000-1000-8000-XXXX"];

    // `nil` 代表发现所有服务。 
    [peripheral discoverServices:@[seriveUUID]];
}

连接成功该周边设备之后，再发现需要使用该设备的具体服务。
接下来就是响应 CBPeripheralDelegate 代理方法了。

成功发现周边设备的某个服务之后响应方法：

// 发现服务
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(nullable NSError *)error {
    NSArray *services = peripheral.services;
    if (services) {
        CBService *service = services[0];
        CBUUID *writeUUID = [CBUUID UUIDWithString: TRANSFER_SERVICE_UUID];
        CBUUID *notifyUUID = [CBUUID UUIDWithString: TRANSFER_SERVICE_UUID];       
        [peripheral discoverCharacteristics:@[writeUUID, notifyUUID] forService:service]; // 发现服务
    }
}

发现服务（CBService）之后，还需要发现该服务下的特征（Characteristic）。这里通常会有两中特征：写特征和通知特征。

发现特征之后一定要打开通知特性，否者写入数据之后，不会收到回复数据。

// 发现特征
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(nullable NSError *)error {
    if (!error) {
            NSArray *characteristicArray = service.characteristics;
            if（characteristicArray.count > 1） {

            CBCharacteristic *writeCharacteristic = characteristicArray[0];
            CBCharacteristic *notifyCharacteristic = characteristicArray[1];

            // 通知使能， `YES` enable notification only, `NO` disable notifications and indications
            [peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:notifyCharacteristic];
        }
    } else {
        NSLog(@"Discover Charactertics Error : %@", error);
    }
}

使用 writeCharactersitc 写入数据：

[peripheral writeValue:writeData.copy forCharacteristic:writeCharactersitc type:CBCharacteristicWriteWithResponse];

写入数据之后，在需要回复的前提下会回调如下两个代理方法：

// 写入成功
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error {
    if (!error) {
        NSLog(@"Write Success");
    } else {
        NSLog(@"WriteVale Error = %@", error);
    }
}

// 写入成功后的应答
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {
    if (error) {
        NSLog(@"update value error: %@", error);
    } else {
        NSData *responseData = characteristic.value;
    }
}

至此，一次完整的蓝牙通信就完成了。

蓝牙数据包的载荷比较小，在应答的过程中，经常需要进行拆包、组合。包的第一个字节代表包的序列号。

Demo 地址

参考

Core Bluetooth Overview
iOS开发之玩转蓝牙CoreBluetooth