android蓝牙BLE（一） —— 扫描

nRF Connect 官方有开源BLE基础框架，具体查看 这里

前序

​ Google在android 4.3（API Level 18）的android版本中引入了低功耗蓝牙BLE核心API。低功耗蓝牙BLE也就是我们经常说的蓝牙4.0， 该技术拥有极低的运行和待机功耗，使用一粒纽扣电池甚至可连续工作数年之久。先不讲蓝牙协议与蓝牙模块一些类的作用与之间的关系，本章仅仅记录android Ble开发中的扫描模块及其一些细节。

一、声明蓝牙权限和定位权限

<!--蓝牙权限-->
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<!--让应用启动设备发现或操纵蓝牙设置-->
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
<!-- LE Beacons位置相关权限-->
<!-- 如果设配Android9及更低版本，可以申请 ACCESS_COARSE_LOCATION -->
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />
<!--ble模块 设置为true表示只有支持ble的手机才能安装-->
<uses-feature
    android:name="android.hardware.bluetooth_le"
    android:required="true" />

​ 由于蓝牙扫描需要用到模糊定位权限( Android10 后需要精准定位权限 )，所以android6.0之后,除了在 AndroidManifest.xml中 申明权限之外，还需要动态申请定位权限，才可进行蓝牙扫描，否则不会扫描到任何Ble设备。

可依据 PackageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE) 获知该手机是否支持BLE

二、中心设备与外围设备

Ble开发中,存在着两个角色：中心设备角色和外围设备角色。粗略了解下：

• 外围设备：一般指非常小或者低功耗设备,更强大的中心设备可以连接外围设备为中心设备提供数据。外设会不停的向外广播，让中心设备知道它的存在。 例如小米手环。
• 中心设备：可以扫描并连接多个外围设备,从外设中获取信息。

​ 外围设备会设定一个广播间隔，每个广播间隔中，都会发送自己的广播数据。广播间隔越长，越省电。一个没有被连接的Ble外设会不断发送广播数据，这时可以被多个中心设备发现。一旦外设被连接，则会马上停止广播。

​ android 4.3 时引入的Ble核心Api只支持android手机作为中心设备角色，当android 5.0 更新Api后，android手机支持充当作为外设角色和中心角色。即 android 5.0 引入了外设角色的Api，同时也更新了部分中心角色的Api。比如：中心角色中，更新了蓝牙扫描的Api。

三、打开蓝牙

//初始化ble设配器
BluetoothManager manager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = manager.getAdapter();
//判断蓝牙是否开启，如果关闭则请求打开蓝牙
if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
    //方式一：请求打开蓝牙
    Intent intent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(intent, 1);
    //方式二：半静默打开蓝牙
    //低版本android会静默打开蓝牙，高版本android会请求打开蓝牙
    //mBluetoothAdapter.enable();
}

mBluetoothAdapter.isEnabled()判断当前蓝牙是否打开，如果蓝牙处于打开状态返回true。

同时可以在activity层通过广播监听蓝牙的关闭与开启，进行自己的逻辑处理：

new BroadcastReceiver() {
    @Override
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
        //获取蓝牙广播  本地蓝牙适配器的状态改变时触发
        String action = intent.getAction();
        if (action.equals(BluetoothAdapter.ACTION_STATE_CHANGED)) {
            //获取蓝牙广播中的蓝牙新状态
            int blueNewState = intent.getIntExtra(BluetoothAdapter.EXTRA_STATE, 0);
            //获取蓝牙广播中的蓝牙旧状态
            int blueOldState = intent.getIntExtra(BluetoothAdapter.EXTRA_STATE, 0);
            switch (blueNewState) {
                //正在打开蓝牙
                case BluetoothAdapter.STATE_TURNING_ON:
                    break;
                    //蓝牙已打开
                case BluetoothAdapter.STATE_ON:
                    break;
                    //正在关闭蓝牙
                case BluetoothAdapter.STATE_TURNING_OFF:
                    break;
                    //蓝牙已关闭
                case BluetoothAdapter.STATE_OFF:
                    break;
            }
        }
    }
};

四、扫描

android 4.3 扫描

在android 4.3 和 android 4.4进行蓝牙扫描，可使用BluetoothAdapter.startLeScan(BluetoothAdapter.LeScanCallback)进行蓝牙扫描。

//开始扫描
mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);
//停止扫描
mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);

android 5.0以上 扫描

在 android 5.0之后的版本（包括 5.0）建议使用新的Api进行蓝牙扫描：

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

//获取 5.0 的扫描类实例
mBLEScanner = mBluetoothAdapter.getBluetoothLeScanner();
//开始扫描
//可设置过滤条件，在第一个参数传入，但一般不设置过滤。
mBLEScanner.startScan(null,mScanSettings,mScanCallback);
//停止扫描
mBLEScanner.stopScan(mScanCallback);

蓝牙扫描示例

//如果没打开蓝牙，不进行扫描操作，或请求打开蓝牙。
if(!mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
    return;
}
 //处于未扫描的状态  
if (!mScanning){
    //android 5.0后
    if(android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= 21) {
        //标记当前的为扫描状态
        mScanning = true;
        //获取5.0新添的扫描类
        if (mBLEScanner == null){
            //mBLEScanner是5.0新添加的扫描类，通过BluetoothAdapter实例获取。
            mBLEScanner = mBluetoothAdapter.getBluetoothLeScanner();
        }
        //开始扫描 
        //mScanSettings是ScanSettings实例，mScanCallback是ScanCallback实例，后面进行讲解。
        mBLEScanner.startScan(null,mScanSettings,mScanCallback);
    } else {
        //标记当前的为扫描状态
        mScanning = true;
        //5.0以下  开始扫描
        //mLeScanCallback是BluetoothAdapter.LeScanCallback实例
        mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);
    }
    //设置结束扫描
    mHandler.postDelayed(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            //停止扫描设备
            if(android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= 21) {
                //标记当前的为未扫描状态
                mScanning = false;
                mBLEScanner.stopScan(mScanCallback);
            } else {
                //标记当前的为未扫描状态
                mScanning = false;
                //5.0以下  停止扫描
                mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
            }
        }
    },SCAN_TIME);
}

扫描代码如上述所示，当扫描到所需要的设备的时候，就要手动马上停止蓝牙扫描，因为蓝牙扫描是耗电操作。

注意事项

• android 6.0 以上需要获取到定位权限。否则会报如下运行时异常：

• android 7.0 后不能在30秒内扫描+停止超过5次。（官网没特意说明，可自行测试，设置扫描时长为3秒，连续扫描10次，稳定复现5次后不能扫描到任何设备。android 蓝牙模块会打印当前应用扫描太频繁的log日志,并在android 5.0 的ScanCallback回调中触发onScanFailed(int）,返回错误码：ScanCallback.SCAN_FAILED_APPLICATION_REGISTRATION_FAILED,表示app无法注册，无法开始扫描）。

五、扫描回调

android 4.3 扫描回调：LeScanCallback

android 4.3 的扫描回调接口BluetoothAdapter.LeScanCallback： 回调接口中只有一个回调函数onLeScan，扫描到的设备会通过该方法返回。 参数：

• BluetoothDevice 扫描到的设备实例，可从实例中获取到相应的信息。如：名称，mac地址
• rssi 可理解成设备的信号值。该数值是一个负数，越大则信号越强。
• scanRecord 远程设备提供的广播数据的内容。

//5.0以下
mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
    @Override
    public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
        //对扫描到的设备进行操作。如：获取设备信息。
        
    }
};

获取BluetoothDevice中的信息

可以从中获取到设备的mac地址，设备名称，绑定状态和设备类型等信息，并作相应的保存。

• mac可用于再创建BluetoothDevice对象进行gatt连接。

• 绑定状态：

  • BOND_NONE：数值 10 表示远程设备未绑定，没有共享链接密钥，因此通信（如果允许的话）将是未经身份验证和未加密的。（扫描到未绑定的小米手环）
  • BOND_BONDING：数值 11 表示正在与远程设备进行绑定;
  • BOND_BONDED：数值 12 表示远程设备已绑定，远程设备本地存储共享连接的密钥，因此可以对通信进行身份验证和加密。（扫描到已绑定的小米手环）

• 设备类型：一般是2，表示LE设备

android 5.0 扫描回调：ScanCallback

mScanCallback = new ScanCallback() {
    //当一个蓝牙ble广播被发现时回调
    @Override
    public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) {
        super.onScanResult(callbackType, result);
        //扫描类型有开始扫描时传入的ScanSettings相关
        //对扫描到的设备进行操作。如：获取设备信息。
        
    }

    //批量返回扫描结果
    //@param results 以前扫描到的扫描结果列表。
    @Override
    public void onBatchScanResults(List<ScanResult> results) {
        super.onBatchScanResults(results);
        
    }

    //当扫描不能开启时回调
    @Override
    public void onScanFailed(int errorCode) {
        super.onScanFailed(errorCode);
        //扫描太频繁会返回ScanCallback.SCAN_FAILED_APPLICATION_REGISTRATION_FAILED，表示app无法注册，无法开始扫描。
    
    }
};

ScanCallback扫描回调存在三个回调函数：

• onScanResult(int,ScanResult)：类似于BluetoothAdapter.LeScanCallback中的onLeScan()，可在ScanResult实例中获取到BluetoothDevice蓝牙设备对象，rssi信号值等信息。一般都是在该函数中回调获取扫描到蓝牙设备和信号值，在本函数中执行和onLeScan()中相同的逻辑处理即可。
• onBatchScanResults(List) 批量返回扫描结果。
• onScanFailed(int) 扫描失败返回错误码。

注意事项

• 回调函数中尽量不要做耗时操作！
• 一般蓝牙设备对象都是通过onScanResult(int,ScanResult)返回，而不会在onBatchScanResults(List)方法中返回，除非手机支持批量扫描模式并且开启了批量扫描模式。批处理的开启请查看ScanSettings。

六、扫描设置

​ ScanSettings实例对象是通过ScanSettings.Builder构建的。通过Builder对象为ScanSettings实例设置扫描模式、回调类型、匹配模式等参数，用于配置android 5.0 的扫描参数。

//创建ScanSettings的build对象用于设置参数
ScanSettings.Builder builder = new ScanSettings.Builder()
    //设置高功耗模式
    .setScanMode(SCAN_MODE_LOW_LATENCY);
    //android 6.0添加设置回调类型、匹配模式等
    if(android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= 23) {
        //定义回调类型
        builder.setCallbackType(ScanSettings.CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHES)
        //设置蓝牙LE扫描滤波器硬件匹配的匹配模式
        builder.setMatchMode(ScanSettings.MATCH_MODE_STICKY);
    }
//芯片组支持批处理芯片上的扫描
if (bluetoothadapter.isOffloadedScanBatchingSupported()) {
    //设置蓝牙LE扫描的报告延迟的时间（以毫秒为单位）
    //设置为0以立即通知结果
    builder.setReportDelay(0L);
}
builder.build();

配置描述：

• setScanMode() 设置扫描模式。可选择模式主要三种( 从上到下，会越来越耗电,但扫描间隔越来越短，即扫描速度会越来越快。)：
  • ScanSettings.SCAN_MODE_LOW_POWER 低功耗模式(默认扫描模式,如果扫描应用程序不在前台，则强制使用此模式。)
  • ScanSettings.SCAN_MODE_BALANCED 平衡模式
  • ScanSettings.SCAN_MODE_LOW_LATENCY 高功耗模式(建议仅在应用程序在前台运行时才使用此模式。)
• setCallbackType() 设置回调类型。可选择模式主要三种：

  • ScanSettings.CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHES 数值: 1。

    寻找符合过滤条件的蓝牙广播，如果没有设置过滤条件，则返回全部广播包

  • ScanSettings.CALLBACK_TYPE_FIRST_MATCH 数值: 2

    仅针对与筛选条件匹配的第一个广播包触发结果回调。

  • ScanSettings.CALLBACK_TYPE_MATCH_LOST 数值: 4

    回调类型一般设置ScanSettings.CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHES，有过滤条件时过滤，返回符合过滤条件的蓝牙广播。无过滤条件时，返回全部蓝牙广播。

• setMatchMode() 设置蓝牙LE扫描滤波器硬件匹配的匹配模式
  • ScanSettings.MATCH_MODE_STICKY 粘性模式，在通过硬件报告之前，需要更高的信号强度和目击阈值
  • MATCH_MODE_AGGRESSIVE 激进模式，即使信号强度微弱且持续时间内瞄准/匹配的次数很少，hw也会更快地确定匹配。
• Bluetoothadapter.isOffloadedScanBatchingSupported() 判断当前手机蓝牙芯片是否支持批处理扫描。
  • 如果支持扫描则使用批处理扫描，可通过ScanSettings.Builder对象调用setReportDelay(Long)方法来设置蓝牙LE扫描的报告延迟的时间（以毫秒为单位）来启动批处理扫描模式。
• ScanSettings.Builder.setReportDelay(Long);
  • 当设备蓝牙芯片支持批处理扫描时，用来设置蓝牙LE扫描的报告延迟的时间（以毫秒为单位）。
  • 该参数默认为 0，如果不修改它的值，则默认只会在onScanResult(int,ScanResult)中返回扫描到的蓝牙设备，不会触发不会触发onBatchScanResults(List)方法。(onScanResult(int,ScanResult) 和 onBatchScanResults(List) 是互斥的。 )
  • 设置为0以立即通知结果,不开启批处理扫描模式。即ScanCallback蓝牙回调中，不会触发onBatchScanResults(List)方法，但会触发onScanResult(int,ScanResult)方法，返回扫描到的蓝牙设备。
  • 当设置的时间大于0L时，则会开启批处理扫描模式。即触发onBatchScanResults(List)方法，返回扫描到的蓝牙设备列表。但不会触发onScanResult(int,ScanResult)方法。

提示

• Android 10 进行BLE扫描时需要打开GPS。

• 具体源码可参考Ble实战BleScanHelper.kt

• Android 8更新了一个扫描API，系统层为你提供后台持续扫描的能力。(即便APP已被杀死，扫描仍会继续。但如果用户重启或关闭蓝牙后，该扫描停止)。 具体可查看官网： BluetoothLeScanner#startScan。

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

android BLE系列：

android蓝牙BLE（一） —— 扫描

android蓝牙BLE（二） —— 通信

android蓝牙BLE（三） —— 广播

android蓝牙BLE（四） —— 实战