藍牙 BLE CoreBluetooth 初探

藍牙

Bluetooth 4.0之後就將通訊模式分為高速及低速，低速低耗能簡稱為BLE，可以連接一些量測型的感測器類型像：心跳計、血壓…等，使得iDevice可以不用再使用Dock方式製作產品，也不需要再經過MFi認證才能與iDevice連接，如此一來可以增加APP型態的多元，也能間階的降低一些成本，如果想要跟BLE週邊連接，iOS 5之後提供corebluetooth framework與週邊連接，整流程中為Discover、Connect、Explore、Interact，下面文章將會從iDevice連線至BLE周邊讀取資料為例子介紹。

Discover/Connect

依照箭頭方向由上而下為順序依序完成Discover、Connect流程。

CBCentralManager

使用CoreBluetooth Framework中，主要管理連線的是CBCentralManager這個Object，它掌控整個BLE狀態的管理，使用時要先對CBCentralManager初始化：

CBCentralManager *CM = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];

現在就開始往下介紹。

centralManagerDidUpdateState

在一開始宣告初CBCentralManager時就有指定Delegate為self，並且必需要在.h內加上Delegate宣告：

@interface TestCoreBluetooth : NSObject<CBCentralManagerDelegate> {
:
:
:
}

宣告完成後，再加入centralManagerDidUpdateState這個Delegate內容，

-(void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager*)cManager
{
    NSMutableString* nsmstring=[NSMutableString stringWithString:@"UpdateState:"];
    BOOL isWork=FALSE;
    switch (cManager.state) {
        case CBCentralManagerStateUnknown:
            [nsmstring appendString:@"Unknown\n"];
            break;
        case CBCentralManagerStateUnsupported:
            [nsmstring appendString:@"Unsupported\n"];
            break;
        case CBCentralManagerStateUnauthorized:
            [nsmstring appendString:@"Unauthorized\n"];
            break;
        case CBCentralManagerStateResetting:
            [nsmstring appendString:@"Resetting\n"];
            break;
        case CBCentralManagerStatePoweredOff:
            [nsmstring appendString:@"PoweredOff\n"];
            if (connectedPeripheral!=NULL){
                [CM cancelPeripheralConnection:connectedPeripheral];
            }
            break;
        case CBCentralManagerStatePoweredOn:
            [nsmstring appendString:@"PoweredOn\n"];
            isWork=TRUE;
            break;
        default:
            [nsmstring appendString:@"none\n"]; 
            break;
    }
    NSLog(@"%@",nsmstring);
    [delegate didUpdateState:isWork message:nsmstring getStatus:cManager.state];
}

centralManagerDidUpdateState的Delegate是用來得知藍牙目前的狀態，所以會有個結果是用來判斷iDevice是否支援BLE，因為BLE是在iphone 4s、New iPad之後才有的，現階段還是需要偵測使用的環境，當然可以根據這些狀態的口報來決定APP的功能或其他提示使用者的動作。

scanForPeripheralsWithServices

先前確定周邊支援BLE且運作正常後，我們就要來開啟BLE搜尋功能來尋找BLE的週邊，當週邊接收到搜尋功能的廣播訊息時，依照BLE通訊規範，週邊會在一定時間內回覆，所以我們在此可以設定2秒的Timer計時器，當時間一到就停止scan的功能。

CBCentralManager *CM = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];
[CM scanForPeripheralsWithServices:nil options:options];
[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0f target:self selector:@selector(scanTimeout:) userInfo:nil repeats:NO];

設定2秒後觸發執行scanTimeoutmethod，再將scanForPeripheralsWithServices的值設為nil，代表搜尋的Service type不受限制，當你搜尋特定時，就必需要將它的UUID填入，像範例這樣：

 NSArray    *uuidArray= [NSArray arrayWithObjects:[CBUUID UUIDWithString:@"180D"], nil];
        [CM scanForPeripheralsWithServices:uuidArray options:options];

其中UUIDWithString:@"180D"的180D就是Heart Rate Service type，一旦指定Service type，結果就只會將週邊有Heart Rate類型一一列出來，要了解更多的Service Type可以到Bluetooth官網查詢。 當您了解Service type是哪一種類型時就可以來做對應的流程及資料的解析，也可以製作出符合一般標準週邊的通用APP。

didDiscoverPeripheral

didDiscoverPeripheral屬於Delegate功能，所以要按照它預設的宣告將要處理的過程寫在裡面，格式如下：

-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI
{

//處理過程

}

advertisementData會報告可以連線的週邊內容， 如果將它印出來會像這樣：

adverisement:{
    kCBAdvDataLocalName = "INFOS 4090v35.05";
    kCBAdvDataServiceUUIDs =     (
        "Unknown (<fff0>)"
    );
    kCBAdvDataTxPowerLevel = 0;
}

RSSI是訊號的強度，是以NSNumber Object存在，取得後可以依照NSNumber的方式整數值做處理與轉換，接下來我們將一些資訊列印出來，整個範例可以是這樣子：

-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI
{

    NSMutableString* nsmstring=[NSMutableString stringWithString:@"\n"];
    [nsmstring appendString:@"Peripheral Info:"];
    [nsmstring appendFormat:@"NAME: %@\n",peripheral.name];
    [nsmstring appendFormat:@"RSSI: %@\n",RSSI];

    if (peripheral.isConnected){
        [nsmstring appendString:@"isConnected: connected"];
    }else{
        [nsmstring appendString:@"isConnected: disconnected"];
    }
    NSLog(@"adverisement:%@",advertisementData);
    [nsmstring appendFormat:@"adverisement:%@",advertisementData];
    [nsmstring appendString:@"didDiscoverPeripheral\n"];
    NSLog(@"%@",nsmstring);

}

結果輸出：

2013-02-25 14:43:17.243 gw-health-01[141:907] 
Peripheral Info:NAME: INFOS 4090v35.05
RSSI: -69
isConnected: disconnected
adverisement:{
    kCBAdvDataServiceUUIDs =     (
        "Unknown (<fff0>)"
    );
}

如果有發現可連線的BLE週邊，它就會不斷的執行didDiscoverPeripheral，並將資訊傳入，利用這個方式將每次得到的結果存入Array，就可以得到搜尋周邊的結果然後再提供給USER選擇，或是從中可以去判斷某個特別的週邊是否存在而決定要不要連線。

stopScan

執行scanForPeripheralsWithServices 掃描周邊設定2秒的Timer，當時間到時就停止scan，一般2秒內無反應就可以當作是沒有其他週邊回應，承上面scanForPeripheralsWithServices中有設定Timer去呼叫scanTimeout，所以將stopScan寫在scanTimeout裡面：

- (void) scanTimeout:(NSTimer*)timer
{
    if (CM!=NULL){
            [CM stopScan];
    }else{
        NSLog(@"CM is Null!");
    }
    NSLog(@"scanTimeout");
}

connectPeripheral

didDiscoverPeripheral得到的BLE週邊列表讓User選擇要連線的BLE，再將 CBPeripheral傳入connectPeripheral進行連線，格式：

 [CBCentralManager connectPeripheral:CBPeripheral* options:NSDictionary*]

在此將它包裝成一個connect Method，

- (void) connect:(CBPeripheral*)peripheral
{

    if (![peripheral isConnected]) {
        [CM connectPeripheral:peripheral options:nil];
        connectedPeripheral=peripheral;
    }

}

option傳入nil，connectPeripheral傳入Method connect的值。

didConnectPeripheral

執行connectPeripheral之後並連線成功後就會引發didConnectPeripheral的Delegate：

-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
:
:
:

}

在這裡有個重點，連線成功後引發Delegate時，就必需要針對其CBPeripheral馬上進行discoverServices的動作，去了解週邊提供什麼樣的Services

執行discoverServices之後又會引發另一個didDiscoverServicesDelegate，不過這會在Explore中介紹。

Explore

Discover/Connect 中使用CBCentralManager進行連線/搜尋BLE周邊的功能，連線之後需要靠的是CBPeripheral來傳送/接收資料。

CBPeripheral

@interface DYCoreBluetooth : NSObject<CBCentralManagerDelegate, CBPeripheralDelegate> {

:
:
:

}

之後連線的重點全都是在Delegate的互動，查看Service Type或是有什麼樣的Services可以提供。

didConnectPeripheral

前面有稍為介紹didConnectPeripheral，這是在連線成功後就會引發的Delegate，但一定要在這裡執行一些Method才可以順利的引發另一個CBPeripheral的Delegate去查看有什麼樣的Services

-(void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
    NSLog(@"Connect To Peripheral with name: %@\nwith UUID:%@\n",peripheral.name,CFUUIDCreateString(NULL, peripheral.UUID));

    peripheral.delegate=self;
    [peripheral discoverServices:nil];//一定要執行"discoverService"功能去尋找可用的Service

}

例子中已經將peripheral.delegate=self，接下來進行peripheral的任何動做引發的Delegate都在這個Object中，執行discoverServicesMethod，讓它去尋找Services，一找到Services就又會引發didDiscoverServicesDelegate，這樣我們就可以了解有什麼Services。

didDiscoverServices

從這裡開始就是最關鍵

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error {
    NSLog(@"didDiscoverServices:\n");
    if( peripheral.UUID == NULL  ) return; // zach ios6 added
    if (!error) {
        NSLog(@"====%@\n",peripheral.name);
        NSLog(@"=========== %d of service for UUID %@ ===========\n",peripheral.services.count,CFUUIDCreateString(NULL,peripheral.UUID));

        for (CBService *p in peripheral.services){
            NSLog(@"Service found with UUID: %@\n", p.UUID);
            [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:p];
        }

    }
    else {
        NSLog(@"Service discovery was unsuccessfull !\n");
    }

}

peripheral.services.count會知道有多少個Services，在每個Servces中還會有Characteristics需要了解，所以會針對每個Service來執行 peripheral discoverCharacteristics: forService:去知道每個Service下有多少個Characteristics提供傳送/接收的溝通，在執行discoverCharacteristics後也引發didDiscoverCharacteristicsForService Delegate，最後再由didDiscoverCharacteristicsForService真正的判斷什麼樣的Service、什麼樣的Characteristic再進行之後收到的資料的處理動作，例如： 發現2A37的Characteristic，就要進行註冊通知，到時候BLE週邊發訊息過來才會立即的得到通知並得到資料。

didDiscoverCharacteristicsForService

整個最關鍵的地方就是這個Delegate，程式架構如下：

-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error
{

:
:
:

}

Interact

完成didDiscoverCharacteristicsForService之後，整個連線過程算是完成，之後的didUpdateValueForCharacteristicDelegate是整個資料接收動作都在這發生，經過接收到的資料進行即時處理就可以取得BLE週邊的訊息，如果必需要將資料傳至BLE週邊時，再使用writeValue的Method將資料出，以上為BLE連線最基本使用方式就大致上完成。

didDiscoverCharacteristicsForService

由Apple提供的資料擷取某部分來了解架構，等下程式就是利用這架構去尋訪所有的CharacteristicsForService

每個Servic下都會有很多的Characteristics，Characteristics是提供資料傳遞的重點，它會有個UUID編號，再由這個編號去Bluetooth 官方查表得到是哪種資料格式，知道格式後就能去將資料解開並加以使用。

真正的例子：

-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error
{

    CBService *s = [peripheral.services objectAtIndex:(peripheral.services.count - 1)];
    NSLog(@"=========== Service UUID %s ===========\n",[self CBUUIDToString:service.UUID]);
    if (!error) {
        NSLog(@"=========== %d Characteristics of service ",service.characteristics.count);

        for(CBCharacteristic *c in service.characteristics){

            NSLog(@" %s \n",[ self CBUUIDToString:c.UUID]);
          //  CBService *s = [peripheral.services objectAtIndex:(peripheral.services.count - 1)];
            if(service.UUID == NULL || s.UUID == NULL) return; // zach ios6 added


            //Register notification
            if ([service.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"180D"]])

            {
                if ([c.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"2A37"]])
                {
                    [self notification:service.UUID characteristicUUID:c.UUID peripheral:peripheral on:YES];
                    NSLog(@"registered notification 2A37");
                }
                if ([c.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"2A38"]])
                {
                    [self notification:service.UUID characteristicUUID:c.UUID peripheral:peripheral on:YES];
                    NSLog(@"registered notification 2A38");
                }
                if ([c.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"2A39"]])
                {
                    [self notification:service.UUID characteristicUUID:c.UUID peripheral:peripheral on:YES];
                    NSLog(@"registered notification 2A39");
                }

            }

        }
        NSLog(@"=== Finished set notification ===\n");


    }
    else {
        NSLog(@"Characteristic discorvery unsuccessfull !\n");

    }
    if([self compareCBUUID:service.UUID UUID2:s.UUID]) {//利用此來確定整個流程都結束後才能設定通知
        [delegate didConnected:peripheral error:error];
        NSLog(@"=== Finished discovering characteristics ===\n");
        //全部服務都讀取完畢時才能使用！

    }

}

上面 例子是以Heart Rate(180D)為主，

Heart Rate的規格來說，0x2A37可以得到心跳的數據，所以針對此項進行註冊通知，一旦有新的數據就會傳入新的數據資料並呼叫didUpdateValueForCharacteristicDelegate，來得到每次的心跳數據更新。

 [(CBPeripheral *)p setNotifyValue:(BOOL) forCharacteristic:CBCharacteristic *)]

將Characteristic的Point傳入並設定setNotifyValue:on就完成註冊通知，之後如果有更新資料時就會引發didUpdateValueForCharacteristic Delegate，再進行資料處理。

notification

在設定註冊通知過程有點繁雜，所以我自行撰寫一個Method為notification，它可以從Service UUID及Characteristic UUID來找到Service與Characteristic的Object Point：。

-(void) notification:(CBUUID *) serviceUUID characteristicUUID:(CBUUID *)characteristicUUID peripheral:(CBPeripheral *)p on:(BOOL)on {

    CBService *service = [self getServiceFromUUID:serviceUUID p:p];
    if (!service) {
        if (p.UUID == NULL) return; // zach ios6 addedche
        NSLog(@"Could not find service with UUID on peripheral with UUID \n");
        return;
    }
    CBCharacteristic *characteristic = [self getCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service];
    if (!characteristic) {
        if (p.UUID == NULL) return; // zach ios6 added
        NSLog(@"Could not find characteristic with UUID  on service with UUID  on peripheral with UUID\n");
        return;
    }
    [p setNotifyValue:on forCharacteristic:characteristic];

}


-(CBService *) getServiceFromUUID:(CBUUID *)UUID p:(CBPeripheral *)p {

    for (CBService* s in p.services){
        if ([self compareCBUUID:s.UUID UUID2:UUID]) return s;
    }
    return nil; //Service not found on this peripheral
}

-(CBCharacteristic *) getCharacteristicFromUUID:(CBUUID *)UUID service:(CBService*)service {

    for (CBCharacteristic* c in service.characteristics){
        if ([self compareCBUUID:c.UUID UUID2:UUID]) return c;
    }
    return nil; //Characteristic not found on this service
}

使用時只需要將Service/Characteristic的UUID及得到週邊的Peripheral物件傳入，並設定是on(YES)或off(NO)就完成。

didUpdateValueForCharacteristic

didUpdateValueForCharacteristic在連線完成後對於數據資得的取得顯的非常重要，範例中有比對2個UUID為2A37與2A38

-(void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error
{

    if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"2A37"]])
    {
        if( (characteristic.value)  || !error )
        {

        }
    }

    if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:@"2A38"]])
    {
        //set refresh int
        uint8_t val = 1;
        NSData* valData = [NSData dataWithBytes:(void*)&val length:sizeof(val)];
        [peripheral writeValue:valData forCharacteristic:characteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];
    }

}

針對這兩個UUID成立時在這個Delegate做對應處理的工作，範例中以2A38來解說一下：

當更新資料為2A38時，程式將直接寫入 1 ，為什麼寫入1呢？在下表中可以了解，1所代表的就是Chest

意思是告訴心跳感測器量測的位置是在胸部的部分。

注意

整個didUpdateValueForCharacteristic在處理時請注意資料格式的解釋，往往是因為格式解釋錯誤才會得到不正確的資料。

延伸閱讀

目前已經完成CoreBluetooth For Centeral系列文章，下面為文章的標題：

CoreBluetooth for Central (1) ~ (7)

這是講述CoreBluetooth For Central使用方式，整篇文章最後會完成Heart Rate Measurement連接Polar H7的例子結束Central的學習。

1.Bluetooth Low Energy(BLE)

2.BLE Status

3.Discover BLE Device

4.Connect BLE Device

5.ReConnect BLE Device

6.Explore Services from Device

7.Interact Data

8,Read RSSI

更新資訊

日期	內容
2015/01/27	增加延伸閱讀