因工作的需要, 前段時間整理了一下IOS藍芽通訊相關的東西，把整理的一個成果給大家分享一下。如果有不足的地方歡迎指正。
一、專案背景
簡單介紹一下我所做的東西，裝置目前有四個，分別是體脂秤、血壓計、血糖儀、監護儀等。從名稱大家應該知道這些是什麼東西了。對，沒錯，這些裝置主要是用來測量人體的一些 資料，諸如血壓血糖，脂肪等等。通過這些資料來反應使用者的身體健康狀況。 通過藍芽與iphone手機通訊。手機端的app通過傳送不同的指令(通過藍芽)控制相應的裝置執行一些動作，比如讀取裝置上的資料，待使用者測量完成後將使用者的資料傳送到伺服器，然後返回使用者的健康狀態到手機上等。 話不多說，下面讓我們開始吧。

二、IOS 藍芽介紹
藍芽協議本身經歷了從1.0到4.0的升級演變,最新的4.0以其低功耗著稱，所以一般也叫BLE(Bluetoothlow energy)。
ios中藍芽有四個框架，其中兩個支援與外設連線。一個是 ExternalAccessory。從ios3.0就開始支援，也是在iphone4s出來之前用的比較多的一種模式，但是它有個不好的地方，External Accessory需要拿到蘋果公司的MFI認證。另一個框架則是本文要介紹的CoreBluetooth,在iphone4s開始支援,專門用於與BLE裝置通訊（因為它的API都是基於BLE的）。這個不需要MFI，並且現在很多藍芽裝置都支援4.0,所以也是在IOS比較推薦的一種開發方法。

三、CoreBluetooth介紹
CoreBluetooth框架的核心其實是兩個東西，peripheral和central, 可以理解成外設和中心裝置。對應他們分別有一組相關的API和類，如下圖所示:

CoreBluetooth的結構
如果你要程式設計的裝置是central那麼你大部分用到，反之亦然。在我們這個示例中，血壓計、體脂秤等等是peripheral,我們的iphone手機是central,所以我將大部分使用上圖中左邊部分的類。使用peripheral程式設計的例子也有很多，比如像用一個ipad和一個iphone通訊，ipad可以認為是central，iphone端是peripheral,這種情況下在iphone端就要使用上圖右邊部分的類來開發了。

四 、服務和特徵
有個概念有必要先說明一下。什麼是服務和特徵呢(service and characteristic)?
每個藍芽4.0的裝置都是通過服務和特徵來展示自己的，一個裝置必然包含一個或多個服務，每個服務下面又包含若干個特徵。特徵是與外界互動的最小單位。比如說，一臺藍芽4.0裝置，用特徵A來描述自己的出廠資訊，用特徵B來與收發資料等。

服務和特徵都是用UUID來唯一標識的，UUID的概念如果不清楚請自行google,國際藍芽組織為一些很典型的裝置(比如測量心跳和血壓的裝置)規定了標準的service UUID(特徵的UUID比較多，這裡就不列舉了)，如下:

 #define     BLE_UUID_ALERT_NOTIFICATION_SERVICE   0x1811  
 #define     BLE_UUID_BATTERY_SERVICE   0x180F  
 #define     BLE_UUID_BLOOD_PRESSURE_SERVICE   0x1810  
 #define     BLE_UUID_CURRENT_TIME_SERVICE   0x1805  
 #define     BLE_UUID_CYCLING_SPEED_AND_CADENCE   0x1816  
 #define     BLE_UUID_DEVICE_INFORMATION_SERVICE   0x180A  
 #define     BLE_UUID_GLUCOSE_SERVICE   0x1808  
 #define     BLE_UUID_HEALTH_THERMOMETER_SERVICE   0x1809  
 #define     BLE_UUID_HEART_RATE_SERVICE   0x180D  
 #define     BLE_UUID_HUMAN_INTERFACE_DEVICE_SERVICE   0x1812  
 #define     BLE_UUID_IMMEDIATE_ALERT_SERVICE   0x1802  
 #define     BLE_UUID_LINK_LOSS_SERVICE   0x1803  
 #define     BLE_UUID_NEXT_DST_CHANGE_SERVICE   0x1807  
 #define     BLE_UUID_PHONE_ALERT_STATUS_SERVICE   0x180E  
 #define     BLE_UUID_REFERENCE_TIME_UPDATE_SERVICE   0x1806  
 #define     BLE_UUID_RUNNING_SPEED_AND_CADENCE   0x1814  
 #define     BLE_UUID_SCAN_PARAMETERS_SERVICE   0x1813  
 #define     BLE_UUID_TX_POWER_SERVICE   0x1804  
 #define     BLE_UUID_CGM_SERVICE   0x181A
 

當然還有很多裝置並不在這個標準列表裡，比如我用的這個體脂秤血壓計等等。藍芽裝置硬體廠商通常都會提供他們的裝置裡面各個服務(service)和特徵(characteristics)的功能，比如哪些是用來互動(讀寫)，哪些可獲取模組資訊(只讀)等。

五、實現細節
作為一箇中心要實現完整的通訊，一般要經過這樣幾個步驟：
建立中心角色—掃描外設（discover）—連線外設(connect)—掃描外設中的服務和特徵(discover)—與外設做資料互動(explore and interact)—斷開連線(disconnect)。
1、建立中心角色

首先在我自己類的標頭檔案中要包含CoreBluetooth的標頭檔案，並繼承兩個協議<CBCentralManagerDelegate,CBPeripheralDelegate>，程式碼如下:

#import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>  
// 中心裝置管理者
@property (nonatomic, strong) CBCentralManager *centerManager;

// 在viewDidLoad中初始化中心裝置並設定代理
self.centerManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil options:nil];

2、掃描外設(discover)

[self.centerManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:options];

這個引數應該也是可以指定特定的peripheral的UUID,那麼理論上這個central只會discover這個特定的裝置，但是我實際測試發現，如果用特定的UUID傳參根本找不到任何裝置.可能是由於裝置本身在的廣播包有關

3、連線外設(connect)

當掃描到4.0的裝置後，系統會通過回撥函式告訴我們裝置的資訊，然後我們就可以連線相應的裝置，程式碼如下:

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI  
{  
    // _dicoveredPeripherals是用來存放已經掃描到的外部裝置
    // 如果發現了這個外圍裝置我就把它新增到這個數組裡面
    if(![_dicoveredPeripherals containsObject:peripheral])  
        [_dicoveredPeripherals addObject:peripheral];  

    NSLog(@"dicoveredPeripherals:%@", _dicoveredPeripherals);  
}

// 連線指定的裝置  
- (BOOL)connect:(CBPeripheral *)peripheral  
{  
    NSLog(@"connect start");  
    _testPeripheral = nil;  

    [self.centerManager connectPeripheral:peripheral  
                       options:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithBool:YES] forKey:CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey]];  

    //開一個定時器監控連線超時的情況  
    connectTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:5.0f target:self selector:@selector(connectTimeout:) userInfo:peripheral repeats:NO];  

    return (YES);  
}

同樣的，當連線成功後，系統會通過回撥函式告訴我們，然後我們就在這個回撥裡去掃描裝置下所有的服務和特徵，程式碼如下:

// 連線外設
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral  
{  
    [connectTimer invalidate];//停止時鐘 
    NSLog(@"Did connect to peripheral: %@", peripheral);  
    _testPeripheral = peripheral;  

    [peripheral setDelegate:self];  
    [peripheral discoverServices:nil];  
}

個裝置裡的服務和特徵往往比較多，大部分情況下我們只是關心其中幾個，所以一般會在發現服務和特徵的回撥裡去匹配我們關心那些，比如下面的程式碼:

// 發現外圍裝置中的服務
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error  
{  
    NSLog(@"didDiscoverServices");     
    if (error)   {  
        NSLog(@"Discovered services for %@ with error: %@", peripheral.name, [error localizedDescription]);  

        if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyFailConnectService:withPeripheral:error:)])  
            [self.delegate DidNotifyFailConnectService:nil withPeripheral:nil error:nil];  

        return;  
    }  

    // 遍歷外圍裝置中的服務
    for (CBService *service in peripheral.services)  {  
        // 如果發現是我們需要的服務，那我們就去掃描特徵值
        if ([service.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ELECTRONIC_SCALE_SERVICE]]) 
        {  
            NSLog(@"Service found with UUID: %@", service.UUID);  
            [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];  
            break;  
        }    
    }  
}

// 根據服務找到對應的特徵值
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error   
{  
    if (error)   
    {  
        NSLog(@"Discovered characteristics for %@ with error: %@", service.UUID, [error localizedDescription]);  

        if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyFailConnectChar:withPeripheral:error:)])  
            [self.delegate DidNotifyFailConnectChar:nil withPeripheral:nil error:nil];   
        return;  
    }  
    // 遍歷服務中所有的特徵值
    for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics)  
    {  
        // 找到我們需要的特徵
        if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_SCALE]])  
        {  
            NSLog(@"Discovered read characteristics:%@ for service: %@", characteristic.UUID, service.UUID);  

            _readCharacteristic = characteristic;//儲存讀的特徵  

            if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundReadChar:)])  
                [self.delegate DidFoundReadChar:characteristic];  
            break;  
        }  
    }  


    for (CBCharacteristic * characteristic in service.characteristics)  
    {  
        if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_TRANS_RX]])  
        {  
            NSLog(@"Discovered write characteristics:%@ for service: %@", characteristic.UUID, service.UUID);  
            _writeCharacteristic = characteristic;//儲存寫的特徵  

            if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundWriteChar:)])  
                [self.delegate DidFoundWriteChar:characteristic];  
            break;     
        }  
    }  

    if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundCharacteristic:withPeripheral:error:)])  
        [self.delegate DidFoundCharacteristic:nil withPeripheral:nil error:nil];  
}

5、與外設做資料互動(explore and interact)

傳送資料很簡單，我們可以封裝一個如下的函式:

// 寫資料  
- (void)writeChar:(NSData *)data  {  
    [_testPeripheral writeValue:data forCharacteristic:_writeCharacteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];  
}

然後我們可以在外部呼叫它，比如當然我要測量體重時，先組好資料包，然後呼叫傳送函式:

- (void)sendData {
    NSData *data = _characteristic.value;
    if (data) { //當有資料的時候, 才會對返回的資料進行處理,不然會拋異常
        // 將NSData轉化成byte
        Byte *byte    = (Byte *)[data bytes];
        // 取出其中用用的兩位
        Byte b[]      = {byte[5],byte[6]};
        // 在轉化成NSData
        NSData *adata = [[NSData alloc] initWithBytes:b length:sizeof(b)];
        NSLog(@"adata = %@", adata);
        // 轉化成字串
        NSString *str = [adata ConvertToNSString];
        TSLog(@"%@",str);
    }
}

資料的讀分為兩種,一種是直接讀(reading directly),另外一種是訂閱(subscribe)。從名字也能基本理解兩者的不同。實際使用中具體用一種要看具體的應用場景以及特徵本身的屬性。前一個好理解，特徵本身的屬性是指什麼呢？特徵有個properties欄位(characteristic.properties),它是一個整型值,有如下幾個定義:

enum {  
     CBCharacteristicPropertyBroadcast = 0x01,  
     CBCharacteristicPropertyRead = 0x02,  
     CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse = 0x04,  
     CBCharacteristicPropertyWrite = 0x08,  
     CBCharacteristicPropertyNotify = 0x10,  
     CBCharacteristicPropertyIndicate = 0x20,  
     CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites = 0x40,  
     CBCharacteristicPropertyExtendedProperties = 0x80,  
     };

比如說，你要互動的特徵，它的properties的值是0x10,表示你只能用訂閱的方式來接收資料。我這裡是用訂閱的方式，啟動訂閱的程式碼如下:

//監聽裝置  
-(void)startSubscribe  {  
    [_testPeripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:_readCharacteristic];  
}

// 當裝置有資料返回時，同樣是通過一個系統回撥通知我，如下所示:
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error  
{   
    if (error)   
    {  
        NSLog(@"Error updating value for characteristic %@ error: %@", characteristic.UUID, [error localizedDescription]);  

        if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadError:)])  
            [_mainMenuDelegate DidNotifyReadError:error];  
        return;  
    }  

    [_recvData appendData:characteristic.value];  

    if ([_recvData length] >= 5)//已收到長度  
    {  
        unsigned charchar *buffer = (unsigned charchar *)[_recvData bytes];  
        int nLen = buffer[3]*256 + buffer[4];  
        if ([_recvData length] == (nLen+3+2+2))  
        {  
            //接收完畢，通知代理做事  
            if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadData)])  
                [_mainMenuDelegate DidNotifyReadData];  
        }  
    }  
}

這個比較簡單，只需要一個API就行了,程式碼如下:

//主動斷開裝置  
- (void)disConnect  {  
    if (_testPeripheral != nil)   {  
        NSLog(@"disConnect start");  
        [self.centerManager cancelPeripheralConnection:_testPeripheral];  
    }  
}

六、小結

至此一個簡單的藍芽開發流程就走完了。在這裡補充一點如何判斷藍芽的開啟和關閉狀態。（不好意思，這個應該是寫在開頭才對。 不管啦，就寫在這裡吧）。直接上程式碼嘍。

//中心伺服器狀態更新後呼叫此方法
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central {
    switch (central.state) {
        case CBCentralManagerStatePoweredOff:
        // 如果是關閉狀態就提示使用者藍芽是關閉的，請開啟
            _msg = BLE_OFF;
            break;
        case CBCentralManagerStatePoweredOn:
            _msg = BLE_ON;
            // 藍芽開啟了,就可以掃描外部裝置了.
            //掃描外圍裝置
            [central scanForPeripheralsWithServices:nil options:@{CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey:@YES}];
            break;

        default:
            break;
    }
    if(_msg!=nil&&_msg.length!=0) {
        TSLog(@"_msg == %@",self.msg);
    }
}

為了使互動更好，我添加了一個提示框UIAlertController。因為你要使用這些硬體與手機連線是需要開啟藍芽服務的。 當用戶沒有開啟藍芽的時候，引用提示使用者“你的應用需要開啟藍芽” 。只有當手機的藍芽開啟後，才可以掃描連線等等。 這裡當我們點選允許的時候，就跳轉到系統的藍芽設定裡面。

程式碼如下：

// 檢查藍芽是否開啟
    [self centralManagerDidUpdateState:_centerManager];
    if (_centerManager.state == CBCentralManagerStatePoweredOff) {
        // 彈出提示框
        UIAlertController *alertController = [UIAlertController alertControllerWithTitle:nil message:@"你的應用想要開啟藍芽" preferredStyle:UIAlertControllerStyleAlert];

        UIAlertAction *cancelAction = [UIAlertAction actionWithTitle:@"拒絕" style:UIAlertActionStyleDefault handler:^(UIAlertAction * _Nonnull action) {
            TSLog(@"拒絕");
            // 拒絕不作任何處理
        }];

        UIAlertAction *otherAction = [UIAlertAction actionWithTitle:@"允許" style:UIAlertActionStyleDefault handler:^(UIAlertAction * _Nonnull action) {
            TSLog(@"允許");
            // 允許使用者開啟藍芽就會跳轉到藍芽設定頁面
            // 關於系統的各個服務設定的url會在結尾給出
            NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"prefs:root=Bluetooth"];
            if ([[UIApplication sharedApplication] canOpenURL:url]) {
                [[UIApplication sharedApplication] openURL:url];
            }
        }]；
        [alertController addAction:cancelAction];
        [alertController addAction:otherAction];
        [self presentViewController:alertController animated:YES completion:nil];