微信小程序 - 蓝牙连接

2024-03-25 7804阅读

一、蓝牙介绍

官网 蓝牙 (Bluetooth) | 微信开放文档

       蓝牙低功耗是从蓝牙 4.0 起支持的协议，与经典蓝牙相比，功耗极低、传输速度更快，但传输数据量较小。常用在对续航要求较高且只需小数据量传输的各种智能电子产品中，比如智能穿戴设备、智能家电、传感器等，应用场景广泛。

1. 角色/工作模式

蓝牙低功耗协议给设备定义了若干角色，或称工作模式。小程序蓝牙目前支持的有以下几种：

1) 中心设备/主机 (Central)

中心设备可以扫描外围设备，并在发现有外围设备存在后与之建立连接，之后就可以使用外围设备提供的服务（Service）。

一般而言，手机会担任中心设备的角色，利用外围设备提供的数据进行处理或展示等等。小程序提供低功耗蓝牙接口是默认设定手机为中心设备的。

2) 外围设备/从机 (Peripheral)

外围设备一直处于广播状态，等待被中心设备搜索和连接，不能主动发起搜索。例如智能手环、传感器等设备。

如果外围设备广播时被设置为不可连接的状态，也被称为广播模式 (Broadcaster)，常见的例子是蓝牙信标 (Beacon) 设备。

注意

在小程序中，蓝牙设备可以同时处于主机和从机模式。在安卓设备上，只需要调用 wx.openBluetoothAdapter 初始化一次蓝牙适配器；而在 iOS 设备上，需要分别使用两种不同的 mode 参数分别初始化中心设备和外围设备的蓝牙适配器。建议统一对于主机和从机模式分别进行一次初始化。wx.closeBluetoothAdapter 会同时关闭两种模式的蓝牙适配器。

2. 通信协议

在两个蓝牙低功耗设备建立连接之后，双方的数据交互是基于 GATT (Generic Attribute Profile) 规范，根据该规范可以定义出一个个配置文件 (Profile)，描述该蓝牙设备提供的服务 (Service)。

在整个通信过程中，有几个最主要的概念：

  • 配置文件 (Profile): Profile 是被蓝牙标准预先定义的一些 Service 的集合，并不真实存在于蓝牙设备中。如果蓝牙设备之间要相互兼容，它们只要支持相同的 Profile 即可。一个蓝牙设备可以支持多个 Profile。

  • 服务 (Service): Service 是蓝牙设备对外提供的服务，一个设备可以提供多个服务，比如电量信息服务、系统信息服务等。每个服务由一个 UUID 唯一标识。

  • 特征 (Characteristic): 每个 Service 包含 0 至多个 Characteristic。比如，电量信息服务就会有个 Characteristic 表示电量数据。Characteristic 包含一个值 (value)和 0 至多个描述符 (Descriptor) 组成。在与蓝牙设备通信时，主要就是通过读写 Characteristic 的 value 完成。 每个 Characteristic 由一个 UUID 唯一标识。

  • 描述符 (Descriptor): Descriptor 是描述特征值的已定义属性。例如，Descriptor 可指定人类可读的描述、特征值的取值范围或特定于特征值的度量单位。每个 Descriptor 由一个 UUID 唯一标识。

    3. UUID (Universally Unique Identifier)

    根据蓝牙 4.2 协议规范(Vol 3, Part B, section 2.5.1 UUID)，UUID 是一个 128 位的唯一标识符，用来标识 Service 和 Characteristic 等。

    为了减少存储和传输 128 位 UUID 值的负担，蓝牙技术联盟预分配了一批 UUID，这一批 UUID 拥有一个共同部分，被称为 Bluetooth Base UUID，即 00000000-0000-1000-8000-00805F9B34FB。因此，预分配的 UUID 也可以使用 16 位或 32 位表示，其中 16 位 UUID 最为常用。使用 16/32 位的 UUID 可以降低存储和传输的负载。开发者自定义的 UUID 应注意不能与预分配的 UUID 冲突。

    在小程序中，wx.startBluetoothDevicesDiscovery 和 wx.getConnectedBluetoothDevices 的参数支持 16/32/128 位 UUID。在其他接口的参数中，

    • iOS 支持直接使用 16 位 和 128 位的 UUID；

    • Android 8.0.9 版本开始，支持直接使用 16/32/128 位 UUID；

    • Android 8.0.9 以下版本，只支持 128 位的 UUID，需要开发者手动补位到 128 位。补位方式如下

      128位UUID = 16位UUID * 2^96 + Bluetooth Base UUID
128位UUID = 32位UUID * 2^96 + Bluetooth Base UUID

      例如

      0x180F -> 0000180F-0000-1000-8000-00805F9B34FB

      所有接口的返回值统一为 128 位 UUID。

      二、微信小程序蓝牙api

      官网 设备/蓝牙wx.stopBluetoothDevicesDiscovery(Object object) | 微信开放文档

      主要用到API如下：

      1.打开蓝牙适配器：wx.openBluetoothAdapter，后续所有蓝牙模块功能都需要先打开适配器才能进行

      2.搜寻蓝牙设备：

              2.1 开始搜寻：wx.startBluetoothDevicesDiscovery，此功能比较消耗性能，如果搜索到特定设备可即时停止

              2.2 发现设备事件：wx.onBluetoothDeviceFound，在这儿添加实时更新设备列表业务代码

              2.3 停止扫描：wx.onBluetoothDeviceFound，停止扫描新的蓝牙设备，当蓝牙扫描到指令设备时，需要即时关闭扫描保证性能

              2.4 关闭发现设备事件监听：wx.offBluetoothDeviceFound

      3.连接蓝牙设备： wx.createBLEConnection，通过传入蓝牙设备deviceId进行设备直连。这里的deviceId可通过上面扫描时wx.onBluetoothDeviceFound响应值获取

      4.监听蓝牙设备连接状态：wx.onBLEConnectionStateChange: 包括开发者主动连接或断开连接，设备丢失，连接异常断开等等

      5.获取蓝牙服务

              5.1 获取蓝牙低功耗设备所有服务： wx.getBLEDeviceServices,通过

              5.2 根据特定服务UUID查询所有特征：［wx.getBLEDeviceCharacteristics](wx.getBLEDeviceCharacteristics)，

      6.监听蓝牙数据（实时获取蓝牙跳绳回传的电量，跳绳数量等信息）

              6.1 订阅特征变化：wx.notifyBLECharacteristicValueChange，开启订阅后续才能监听到蓝牙数据变化

              6.2 监听特征值变化：wx.onBLECharacteristicValueChange，通过监听事件触发数据解析业务

      7.发送数据(向蓝牙跳绳下发指令）

              7.1 下发指令：wx.writeBLECharacteristicValue，通过向蓝牙特定服务的对应特征值写入数据，完成交互。注意：要对应支持“write"属性的特征值

      8.关闭蓝牙活动

              8.1 wx.stopBluetoothDevicesDiscovery(): 停止扫描新设备

              8.2 wx.offBluetoothDeviceFound()：关闭扫描新设备监听事件

              8.3 wx.offBLECharacteristicValueChange()：关闭特征值变化监听（数据监听）

              8.4 wx.offBLEConnectionStateChange()：移除蓝牙低功耗连接状态改变事件的监听函数

              8.5 wx.closeBLEConnection: 断开蓝牙连接

              8.6 wx.closeBluetoothAdapter()：关闭蓝牙适配器

      三、连接流程

      微信小程序 - 蓝牙连接 第1张

      1、初始化蓝牙

      初次加载，自动获取获取系统信息，检查蓝牙适配器是否可用

      初始化蓝牙，提示蓝牙，开始自动搜索蓝牙设备

      initBlue(){
    var that = this;
    wx.openBluetoothAdapter({//调用微信小程序api 打开蓝牙适配器接口
      success: function (res) {
        console.log(res)
        wx.showToast({
          title: '初始化成功',
          icon: 'success',
          duration: 800
        })
        that.findBlue();//2.0
      },
      fail: function (res) {//如果手机上的蓝牙没有打开，可以提醒用户
        wx.showToast({
          title: '请开启蓝牙',
          icon: 'error',
          duration: 1000
        })
      }
    })
  },

      2、搜索蓝牙设备

      把搜索到的设备保存在一个数组内，渲染在页面

      显示设备名称和连接按钮

      //搜索蓝牙设备，并开始连接
    findBlue() {
        var that = this
        //开始搜索蓝牙
        wx.startBluetoothDevicesDiscovery({
            allowDuplicatesKey: false,
            interval: 0,
            success: function (res) {
                console.log(res);
                // wx.showLoading({
                //     title: '正在搜索设备',
                // })
                // that.getBlue()//3.0
            }
        })
        //页面渲染过滤后的蓝牙列表
        wx.getBluetoothDevices({
            success: function (res) {
                console.log(res) //蓝牙列表
                let arr = []
                res.devices.forEach(item => {
                    if (item.name != '未知设备' && item.name) {
                        arr.push(item)
                    }
                })
                that.setData({
                    deviceList: arr
                })
                console.log(that.data.deviceList)
            }
        })
    },

      微信小程序 - 蓝牙连接 第2张

      3、连接蓝牙与设备

      点击连接按钮创建连接，获取设备信息

          connetBlueDeviceId(deviceid) {
        this.setData({
            deviceId: deviceid
        })
        var that = this;
        wx.createBLEConnection({
            // 这里的 deviceId 需要已经通过 createBLEConnection 与对应设备建立链接
            deviceId: deviceid, //设备id
            success: function (res) {
                console.log("res", res)
                that.setData({
                    value: 100
                })
                setTimeout(() => {
                    that.setData({
                        isgo: true
                    })
                }, 1000)
                // wx.showToast({
                //     title: '连接成功',
                //     icon: 'success',
                //     duration: 800
                // })
                that.getServiceId() //5.0
            },
            fail(err) {
                console.log(err);
                if(err.errCode == -1){
                    that.setData({
                        value: 100
                    })
                    setTimeout(() => {
                        that.setData({
                            isgo: true
                        })
                    }, 1000)
                    that.getServiceId() //5.0
                }
            }
        })
    },

      4、获取蓝牙设备上所有服务

      连接成功停止搜索，获取已连接蓝牙的服务

      // 连接上需要的蓝牙设备之后，获取这个蓝牙设备的服务uuid
    getServiceId() {
        var that = this
        wx.getBLEDeviceServices({
            // 这里的 deviceId 需要已经通过 createBLEConnection 与对应设备建立链接
            deviceId: that.data.deviceId,
            success: function (res) {
                console.log(res)
                var item = res.services[2];
                that.setData({
                    services: item.uuid
                })
                that.getCharacteId(that.data.deviceId, that.data.services) //6.0
            },
            fail(err) {
                console.log(err);
            }
        })
    },

      微信小程序 - 蓝牙连接 第3张

      5、获取蓝牙设备某个服务中所有特征值

      连接成功获取蓝牙设备服务和特征值(是否能读写)

      //获取蓝牙设备某个服务中所有特征值
    getCharacteId(deviceId, services) {
        console.log(this.data.deviceId, this.data.services)
        var that = this
        wx.getBLEDeviceCharacteristics({
            // 这里的 deviceId 需要已经通过 createBLEConnection 与对应设备建立链接
            deviceId: that.data.deviceId,
            // 这里的 serviceId 需要在上面的 getBLEDeviceServices 接口中获取
            serviceId: that.data.services,
            success: function (res) {
                console.log(res)
                for (var i = 0; i  
 

      微信小程序 - 蓝牙连接 第4张
       
 

      6、创建连接，发送指令
       

      startNotice(uuid) {
        console.log(this.data.deviceId, this.data.services, uuid)
        wx.notifyBLECharacteristicValueChange({
            state: true, // 启用 notify 功能
            deviceId: this.data.deviceId,
            serviceId: this.data.services,
            characteristicId: uuid, //第一步 开启监听 notityid  第二步发送指令 write
            type: "notification",
            success: (res) => {
                console.log(res,"notify创建连接，发送指令")
                this.exchange_mtu()
            }
        })
    },
       

      7、修改mtu
       

      exchange_mtu() {
        let that = this
        wx.setBLEMTU({
            deviceId: this.data.deviceId,
            mtu: 247,
            success: function (res) {
                console.log(res,"mtu update success")
                that.onble()
            },
            fail: function (res) {
                console.log(res,"mtu update failed")
            },
            complete: function (res) {
                console.log(res,"mtu update complete")
            }
        })
    },
//获取mtu
getmtu() {
        wx.getBLEMTU({
            deviceId: this.data.deviceId,
            writeType: 'write',
            success(res) {
                console.log(res)
            }
        })
    },
       

      8、监听设备返回
       

      onble() {
        let that = this
        // ArrayBuffer转16进制字符串示例
        function ab2hex(buffer) {
            let hexArr = Array.prototype.map.call(
                new Uint8Array(buffer),
                function (bit) {
                    return ('00' + bit.toString(16)).slice(-2)
                }
            )
            return hexArr.join('');
        }
        function hex2a(hexx) {
            var hex = hexx.toString(); //force conversion
            var str = '';
            for (var i = 0; i  

      四、通过蓝牙查询配置设备参数
       

      1、查询下发数据帧
       

      compoundPack() {
        let myData = {
            cmdType: this.data.type,
            mtu: "247",
            devicecode: this.data.devicecode
        }
        http.post(http.compoundPack, myData).then((res, err) => {
            console.log(res)
            if (res.status) {
                this.setData({
                    dataPacks: res.data.dataPacks[0]
                })
                this.writeBleEvent()
            }
        })
    },
       

      2、将数据帧写入设备
       

      //写入数据
    writeBleEvent() {
        console.log("开始写入值" + this.data.dataPacks);
        var that = this;
        var cell = {
            "writeValue": this.data.dataPacks,
        }
        //蓝牙设备特征值对应的值，为 16 进制字符串，限制在 20 字节内。超过可使用分包
        // var buffer = this.string2buffer(cell.writeValue);
        var buffer = this.stringToHex(cell.writeValue);
        setTimeout(function () {
            var thisWriteDeviceId = that.data.deviceId;
            var thisWriteServiceId = that.data.services;
            var thisWriteCharacteristicId = that.data.writeId;
            console.log(thisWriteDeviceId, thisWriteServiceId, thisWriteCharacteristicId, buffer)
            wx.writeBLECharacteristicValue({
                deviceId: thisWriteDeviceId,
                serviceId: thisWriteServiceId,
                characteristicId: thisWriteCharacteristicId,
                value: buffer,
                success: function (res) {
                    console.log(res.errMsg);
                    console.log("发送成功");
                    that.onble()
                },
                fail: function (res) {
                    console.log(res);
                    console.log("发送失败." + res.errMsg);
                    if (res.errCode == 10006) {
                        that.setData({
                            isconnect: false
                        })
                    }
                },
                complete: function () {}
            }, 1000);
        });
    },
       

      3、接收设备回复
       

      console.log(stat,onble() {
        let that = this
        // ArrayBuffer转16进制字符串示例
        function ab2hex(buffer) {
            let hexArr = Array.prototype.map.call(
                new Uint8Array(buffer),
                function (bit) {
                    return ('00' + bit.toString(16)).slice(-2)
                }
            )
            return hexArr.join('');
        }
        function hex2a(hexx) {
            var hex = hexx.toString(); //force conversion
            var str = '';
            for (var i = 0; i  

      五、其他-蓝牙断开与重连
       

      1、蓝牙手动断开
       

      let that = this
        wx.closeBLEConnection({
            deviceId,
            success(res) {
                console.log(res)
                wx.showToast({
                    title: '断开成功',
                    icon: 'success',
                    duration: 800
                })
                that.setData({
                    isconnect: false
                })
            }
        })
       

      2、重新连接
       

      bluetooth.connetBlueDeviceId(device)
       

      封装蓝牙连接 3-6
       

      wx.createBLEConnection(）开始
       

      六、遇到的问题及解决
       

      1、onBLECharacteristicValueChange监听不到响应数据
       

      解决方法：
       

      1、给onBLECharacteristicValueChange添加延时器；
       

      2、给notifyBLECharacteristicValueChange添加type: 'notification'；
       

      3、给writeBLECharacteristicValue添加 writeType: 'writeNoResponse'；
       

      4、更换手机设备：Android、IOS设备；
       

      5、查看特征值：read、notify、write、writeNoResponse；
       

      6、分包发送：蓝牙BLE最大支持20个字节发送，因此超过20个字节需要分包发送；
       

      7、遵循硬件文档：使用指定服务，写入、接收分别使用的特征值；
       

      2、关键概念
       

      字节
       

      字节(Byte):是计算机信息技术用于计量存储容量的一种计量单位，作为一个单位来处理的一个二进制数字串。其中下发指令或处理数据时都可以应用到

      • 1B（byte，字节）= 8 bit（比特）, 相当于一个字符

      • 一个字节能表示的最大的整数就是255

      • 例如: 数据为5d000001be5d理解为6个字节(6B)

        MAC地址（Media Access Control Address）

        蓝牙设备的物理地址，每个设备只有一个唯一值。

        UUID：（Universally Unique Identifier）

        通用唯一识别码，一种软件识别码，一个设备中可以有  多个UUID，一个UUID对应一个软件服务部分。

        通过蓝牙的UUID来标识 蓝牙服务与通讯访问的属性，不同的蓝牙服务和属性使用的是不同的方法，所以在获取到蓝牙服务时需要保持服务一致才能通信

        蓝牙的read,write,notification特征属性，都有对应的特征服务字段（同样是UUID）。

        厂商可以自定义蓝牙服务以及特征字段，因此实现蓝牙通信的前提是拿到确定的服务特征值

        服务(service)

        有关特征值的收集，用来操作特定功能，所以一个服务里可以有多个特征值。例如，“体温计”服务包括一个温度测量值，以及测量的时间间隔。

        特征值(characteristic)

        在蓝牙设备之间传递的数据值，例如当前温度测量值。

        3、注意事项

        • iOS 上，对特征值的 read、write、notify 操作，由于系统需要获取特征值实例，传入的 serviceId 与 characteristicId 必须由 wx.getBLEDeviceServices 与 wx.getBLEDeviceCharacteristics 中获取到后才能使用。建议统一在建立连接后先执行 wx.getBLEDeviceServices 与 wx.getBLEDeviceCharacteristics 后再进行与蓝牙设备的数据交互。

        • 考虑到蓝牙功能可以间接进行定位，安卓 6.0 及以上版本，无定位权限或定位开关未打开时，无法进行设备搜索。

        • 安卓上，部分机型获取设备服务时会多出 00001800 和 00001801 UUID 的服务，这是系统行为，注意不要使用这两个服务。

        • 建立连接和关闭连接必须要成对调用。如果未能及时关闭连接释放资源，安卓上容易导致 state 133 GATT ERROR 的异常。

        • 在与蓝牙设备传输数据时，需要注意 MTU（最大传输单元）。如果数据量超过 MTU 会导致错误，建议根据蓝牙设备协议进行分片传输。安卓设备可以调用 wx.setBLEMTU 进行 MTU 协商。在 MTU 未知的情况下，建议使用 20 字节为单位传输。


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