nRF Connect 官方有開源BLE基礎框架，具體查看 這里

前序

? Google在android 4.3（API Level 18）的android版本中引入了低功耗藍牙BLE核心API。低功耗藍牙BLE也就是我們經常說的藍牙4.0， 該技術擁有極低的運行和待機功耗，使用一粒紐扣電池甚至可連續工作數年之久。先不講藍牙協議與藍牙模塊一些類的作用與之間的關系，本章僅僅記錄android Ble開發中的掃描模塊及其一些細節。

一、聲明藍牙權限和定位權限

<!--藍牙權限-->
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<!--讓應用啟動設備發現或操縱藍牙設置-->
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
<!-- LE Beacons位置相關權限-->
<!-- 如果設配Android9及更低版本，可以申請 ACCESS_COARSE_LOCATION -->
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />
<!--ble模塊 設置為true表示只有支持ble的手機才能安裝-->
<uses-feature
    android:name="android.hardware.bluetooth_le"
    android:required="true" />

? 由于藍牙掃描需要用到模糊定位權限( Android10 后需要精準定位權限 )，所以android6.0之后,除了在 AndroidManifest.xml中 申明權限之外，還需要動態申請定位權限，才可進行藍牙掃描，否則不會掃描到任何Ble設備。

可依據 PackageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE) 獲知該手機是否支持BLE

二、中心設備與外圍設備

Ble開發中,存在著兩個角色：中心設備角色和外圍設備角色。粗略了解下：

• 外圍設備：一般指非常小或者低功耗設備,更強大的中心設備可以連接外圍設備為中心設備提供數據。外設會不停的向外廣播，讓中心設備知道它的存在。 例如小米手環。
• 中心設備：可以掃描并連接多個外圍設備,從外設中獲取信息。

? 外圍設備會設定一個廣播間隔，每個廣播間隔中，都會發送自己的廣播數據。廣播間隔越長，越省電。一個沒有被連接的Ble外設會不斷發送廣播數據，這時可以被多個中心設備發現。一旦外設被連接，則會馬上停止廣播。

? android 4.3 時引入的Ble核心Api只支持android手機作為中心設備角色，當android 5.0 更新Api后，android手機支持充當作為外設角色和中心角色。即 android 5.0 引入了外設角色的Api，同時也更新了部分中心角色的Api。比如：中心角色中，更新了藍牙掃描的Api。

三、打開藍牙

//初始化ble設配器
BluetoothManager manager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = manager.getAdapter();
//判斷藍牙是否開啟，如果關閉則請求打開藍牙
if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
    //方式一：請求打開藍牙
    Intent intent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(intent, 1);
    //方式二：半靜默打開藍牙
    //低版本android會靜默打開藍牙，高版本android會請求打開藍牙
    //mBluetoothAdapter.enable();
}

mBluetoothAdapter.isEnabled()判斷當前藍牙是否打開，如果藍牙處于打開狀態返回true。

同時可以在activity層通過廣播監聽藍牙的關閉與開啟，進行自己的邏輯處理：

new BroadcastReceiver() {
    @Override
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
        //獲取藍牙廣播  本地藍牙適配器的狀態改變時觸發
        String action = intent.getAction();
        if (action.equals(BluetoothAdapter.ACTION_STATE_CHANGED)) {
            //獲取藍牙廣播中的藍牙新狀態
            int blueNewState = intent.getIntExtra(BluetoothAdapter.EXTRA_STATE, 0);
            //獲取藍牙廣播中的藍牙舊狀態
            int blueOldState = intent.getIntExtra(BluetoothAdapter.EXTRA_STATE, 0);
            switch (blueNewState) {
                //正在打開藍牙
                case BluetoothAdapter.STATE_TURNING_ON:
                    break;
                    //藍牙已打開
                case BluetoothAdapter.STATE_ON:
                    break;
                    //正在關閉藍牙
                case BluetoothAdapter.STATE_TURNING_OFF:
                    break;
                    //藍牙已關閉
                case BluetoothAdapter.STATE_OFF:
                    break;
            }
        }
    }
};

四、掃描

android 4.3 掃描

在android 4.3 和 android 4.4進行藍牙掃描，可使用BluetoothAdapter.startLeScan(BluetoothAdapter.LeScanCallback)進行藍牙掃描。

//開始掃描
mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);
//停止掃描
mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);

android 5.0以上 掃描

在 android 5.0之后的版本（包括 5.0）建議使用新的Api進行藍牙掃描：

• BluetoothLeScanner.startScan(ScanCallback)
• BluetoothLeScanner.startScan(List<ScanFilter>, ScanSettings, ScanCallback)。

//獲取 5.0 的掃描類實例
mBLEScanner = mBluetoothAdapter.getBluetoothLeScanner();
//開始掃描
//可設置過濾條件，在第一個參數傳入，但一般不設置過濾。
mBLEScanner.startScan(null,mScanSettings,mScanCallback);
//停止掃描
mBLEScanner.stopScan(mScanCallback);

藍牙掃描示例

//如果沒打開藍牙，不進行掃描操作，或請求打開藍牙。
if(!mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
    return;
}
 //處于未掃描的狀態  
if (!mScanning){
    //android 5.0后
    if(android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= 21) {
        //標記當前的為掃描狀態
        mScanning = true;
        //獲取5.0新添的掃描類
        if (mBLEScanner == null){
            //mBLEScanner是5.0新添加的掃描類，通過BluetoothAdapter實例獲取。
            mBLEScanner = mBluetoothAdapter.getBluetoothLeScanner();
        }
        //開始掃描 
        //mScanSettings是ScanSettings實例，mScanCallback是ScanCallback實例，后面進行講解。
        mBLEScanner.startScan(null,mScanSettings,mScanCallback);
    } else {
        //標記當前的為掃描狀態
        mScanning = true;
        //5.0以下  開始掃描
        //mLeScanCallback是BluetoothAdapter.LeScanCallback實例
        mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);
    }
    //設置結束掃描
    mHandler.postDelayed(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            //停止掃描設備
            if(android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= 21) {
                //標記當前的為未掃描狀態
                mScanning = false;
                mBLEScanner.stopScan(mScanCallback);
            } else {
                //標記當前的為未掃描狀態
                mScanning = false;
                //5.0以下  停止掃描
                mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
            }
        }
    },SCAN_TIME);
}

掃描代碼如上述所示，當掃描到所需要的設備的時候，就要手動馬上停止藍牙掃描，因為藍牙掃描是耗電操作。

注意事項

• android 6.0 以上需要獲取到定位權限。否則會報如下運行時異常：

image

• android 7.0 后不能在30秒內掃描+停止超過5次。（官網沒特意說明，可自行測試，設置掃描時長為3秒，連續掃描10次，穩定復現5次后不能掃描到任何設備。android 藍牙模塊會打印當前應用掃描太頻繁的log日志,并在android 5.0 的ScanCallback回調中觸發onScanFailed(int）,返回錯誤碼：ScanCallback.SCAN_FAILED_APPLICATION_REGISTRATION_FAILED,表示app無法注冊，無法開始掃描）。

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五、掃描回調

android 4.3 掃描回調：LeScanCallback

android 4.3 的掃描回調接口BluetoothAdapter.LeScanCallback：

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• BluetoothDevice 掃描到的設備實例，可從實例中獲取到相應的信息。如：名稱，mac地址
• rssi 可理解成設備的信號值。該數值是一個負數，越大則信號越強。
• scanRecord 遠程設備提供的廣播數據的內容。

//5.0以下
mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
    @Override
    public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
        //對掃描到的設備進行操作。如：獲取設備信息。
        
    }
};

獲取BluetoothDevice中的信息

image

可以從中獲取到設備的mac地址，設備名稱，綁定狀態和設備類型等信息，并作相應的保存。

• mac可用于再創建BluetoothDevice對象進行gatt連接。

• 綁定狀態：

  • BOND_NONE：數值 10
    表示遠程設備未綁定，沒有共享鏈接密鑰，因此通信（如果允許的話）將是未經身份驗證和未加密的。（掃描到未綁定的小米手環）
  • BOND_BONDING：數值 11 表示正在與遠程設備進行綁定;
  • BOND_BONDED：數值 12 表示遠程設備已綁定，遠程設備本地存儲共享連接的密鑰，因此可以對通信進行身份驗證和加密。（掃描到已綁定的小米手環）

• 設備類型：一般是2，表示LE設備

android 5.0 掃描回調：ScanCallback

mScanCallback = new ScanCallback() {
    //當一個藍牙ble廣播被發現時回調
    @Override
    public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) {
        super.onScanResult(callbackType, result);
        //掃描類型有開始掃描時傳入的ScanSettings相關
        //對掃描到的設備進行操作。如：獲取設備信息。
        
    }

    //批量返回掃描結果
    //@param results 以前掃描到的掃描結果列表。
    @Override
    public void onBatchScanResults(List<ScanResult> results) {
        super.onBatchScanResults(results);
        
    }

    //當掃描不能開啟時回調
    @Override
    public void onScanFailed(int errorCode) {
        super.onScanFailed(errorCode);
        //掃描太頻繁會返回ScanCallback.SCAN_FAILED_APPLICATION_REGISTRATION_FAILED，表示app無法注冊，無法開始掃描。
    
    }
};

ScanCallback掃描回調存在三個回調函數：

• onScanResult(int,ScanResult)：類似于BluetoothAdapter.LeScanCallback中的onLeScan()，可在ScanResult實例中獲取到BluetoothDevice藍牙設備對象，rssi信號值等信息。一般都是在該函數中回調獲取掃描到藍牙設備和信號值，在本函數中執行和onLeScan()中相同的邏輯處理即可。
• onBatchScanResults(List) 批量返回掃描結果。
• onScanFailed(int) 掃描失敗返回錯誤碼。

注意事項

• 回調函數中盡量不要做耗時操作！
• 一般藍牙設備對象都是通過onScanResult(int,ScanResult)返回，而不會在onBatchScanResults(List)方法中返回，除非手機支持批量掃描模式并且開啟了批量掃描模式。批處理的開啟請查看ScanSettings。

六、掃描設置

? ScanSettings實例對象是通過ScanSettings.Builder構建的。通過Builder對象為ScanSettings實例設置掃描模式、回調類型、匹配模式等參數，用于配置android 5.0 的掃描參數。

//創建ScanSettings的build對象用于設置參數
ScanSettings.Builder builder = new ScanSettings.Builder()
    //設置高功耗模式
    .setScanMode(SCAN_MODE_LOW_LATENCY);
    //android 6.0添加設置回調類型、匹配模式等
    if(android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= 23) {
        //定義回調類型
        builder.setCallbackType(ScanSettings.CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHES)
        //設置藍牙LE掃描濾波器硬件匹配的匹配模式
        builder.setMatchMode(ScanSettings.MATCH_MODE_STICKY);
    }
//芯片組支持批處理芯片上的掃描
if (bluetoothadapter.isOffloadedScanBatchingSupported()) {
    //設置藍牙LE掃描的報告延遲的時間（以毫秒為單位）
    //設置為0以立即通知結果
    builder.setReportDelay(0L);
}
builder.build();

配置描述：

• setScanMode() 設置掃描模式。可選擇模式主要三種( 從上到下，會越來越耗電,但掃描間隔越來越短，即掃描速度會越來越快。)：
  • ScanSettings.SCAN_MODE_LOW_POWER 低功耗模式(默認掃描模式,如果掃描應用程序不在前臺，則強制使用此模式。)
  • ScanSettings.SCAN_MODE_BALANCED 平衡模式
  • ScanSettings.SCAN_MODE_LOW_LATENCY 高功耗模式(建議僅在應用程序在前臺運行時才使用此模式。)
• setCallbackType() 設置回調類型。可選擇模式主要三種：

  • ScanSettings.CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHES 數值: 1。

    尋找符合過濾條件的藍牙廣播，如果沒有設置過濾條件，則返回全部廣播包

  • ScanSettings.CALLBACK_TYPE_FIRST_MATCH 數值: 2

    僅針對與篩選條件匹配的第一個廣播包觸發結果回調。

  • ScanSettings.CALLBACK_TYPE_MATCH_LOST 數值: 4

    回調類型一般設置ScanSettings.CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHES，有過濾條件時過濾，返回符合過濾條件的藍牙廣播。無過濾條件時，返回全部藍牙廣播。

• setMatchMode() 設置藍牙LE掃描濾波器硬件匹配的匹配模式
  • ScanSettings.MATCH_MODE_STICKY 粘性模式，在通過硬件報告之前，需要更高的信號強度和目擊閾值
  • MATCH_MODE_AGGRESSIVE 激進模式，即使信號強度微弱且持續時間內瞄準/匹配的次數很少，hw也會更快地確定匹配。
• Bluetoothadapter.isOffloadedScanBatchingSupported() 判斷當前手機藍牙芯片是否支持批處理掃描。
  • 如果支持掃描則使用批處理掃描，可通過ScanSettings.Builder對象調用setReportDelay(Long)方法來設置藍牙LE掃描的報告延遲的時間（以毫秒為單位）來啟動批處理掃描模式。
• ScanSettings.Builder.setReportDelay(Long);
  • 當設備藍牙芯片支持批處理掃描時，用來設置藍牙LE掃描的報告延遲的時間（以毫秒為單位）。
  • 該參數默認為 0，如果不修改它的值，則默認只會在onScanResult(int,ScanResult)中返回掃描到的藍牙設備，不會觸發不會觸發onBatchScanResults(List)方法。(onScanResult(int,ScanResult) 和 onBatchScanResults(List) 是互斥的。 )
  • 設置為0以立即通知結果,不開啟批處理掃描模式。即ScanCallback藍牙回調中，不會觸發onBatchScanResults(List)方法，但會觸發onScanResult(int,ScanResult)方法，返回掃描到的藍牙設備。
  • 當設置的時間大于0L時，則會開啟批處理掃描模式。即觸發onBatchScanResults(List)方法，返回掃描到的藍牙設備列表。但不會觸發onScanResult(int,ScanResult)方法。

提示

• Android 10 進行BLE掃描時需要打開GPS。

• 具體源碼可參考Ble實戰BleScanHelper.kt

• Android 8更新了一個掃描API，系統層為你提供后臺持續掃描的能力。(即便APP已被殺死，掃描仍會繼續。但如果用戶重啟或關閉藍牙后，該掃描停止)。 具體可查看官網： BluetoothLeScanner#startScan。

public int startScan (List<ScanFilter> filters, 
                ScanSettings settings, 
                PendingIntent callbackIntent)

android BLE系列：

android藍牙BLE（一） —— 掃描

android藍牙BLE（二） —— 通信

android藍牙BLE（三） —— 廣播

android藍牙BLE（四） —— 實戰