微信小程序 - 藍牙BLE小程序開發

1.前言

最近領導看我比較閒，安排我開發一個藍牙BLE微信小程序，剛開始接到這個項目時，我第一反應時，"臥槽“”。老子在公司的崗位是做Windows和Android 軟件開發的，看我閒，竟然讓我去做小程序，我從來沒有接觸過。後面領導說給你一個星期，看不看能不能完成，實在沒有辦法，只能硬着頭皮去學習小程序。

2.BLE藍牙相關知識

2.1 經典藍牙和藍牙BLE的區別

藍牙1.0~3.0都是經典藍牙，有些人一直認爲藍牙4.0就是藍牙BLE，是錯誤的。因爲4.0是雙模的，既包括經典藍牙又包括低能耗藍牙。藍牙BLE相比於經典藍牙的優點是搜索、連接的速度更快，關鍵就是BLE(Bluetooth Low Energy)低能耗，缺點呢就是傳輸的速度慢，傳輸的數據量也很小，每次只有20個字節。但是藍牙BLE低能耗，在智能穿戴設備(手環和各種智能硬件)應用越來越廣泛。

2.2.1 特性

一個特性至少包含2個屬性：一個屬性用於聲明，一個屬性用於存放特性的值。

所有通過GATT服務傳輸的數據必須映射成一系列的特性，可以把特性中的這些數據看成是一個個捆綁起來的數據，每個特性就是一個自我包容而獨立的數據點。例如，如果幾塊數據總是一起變化，那麼我們可以把它們集中在一個特性裏。

2.2.2 服務

一個服務包含一個或多個特性，這些特性是邏輯上相關的集合體。

GATT服務一般包含幾塊具有相關的功能，比如特定傳感器的讀取和設置，人機接口的輸入輸出。組織具有相關的特性到服務中既實用又有效，因爲它使得邏輯上和用戶數據上的邊界變得更加清晰，同時它也有助於不同應用程序間代碼的重用。GATT基於藍牙技術聯盟(SIG)官方而設計，SIG建議根據它們的規範設計自己的profile。

2.2.3 UUID

“GATT層”中定義的所有屬性都有一個UUID值，UUID是全球唯一的128位的號碼，它用來識別不同的特性。

2.3.4 Service和Characteristic （參考 BLE4.0教程二藍牙協議之服務與特徵值分析）

Service是服務，Characteristic是特徵值。藍牙裏面有多個Service，一個Service裏面又包括多個Characteristic。

藍牙4.0是以參數來進行數據傳輸的，即服務端定好一個參數，客戶端可以對這個參數進行讀，寫，通知等操作，這個東西我們稱之爲特徵值（characteristic），但一個參數不夠我們用，比如我們這個特徵值是電量的值，另一個特徵值是設備讀取的溫度值。那這時候會有多個特徵值，並且我們還會對它們分類，分出來的類我們稱之爲服務（service）。

一個設備可以有多個服務，每一個服務可以包含多個特徵值。爲了方便操作，每個特徵值都有他的屬性，例如長度（size）,權限（permission），值（value）,描述（descriptor）。

在藍牙協議裏每個藍牙設備都有多個Service和Characteristic ，同一個Service 有多個Characteristic 。

用什麼來區分？就是UUID。每個Service或者Characteristic都有一個 128 bit 的UUID來標識。

3. 微信小程序 - 藍牙BLE通訊

3.1 需要注意的地方

3.2 使用的API

微信小程序目前有藍牙 API 共 18 個，其中操作藍牙適配器的共有 4 個，分別是

wx.openBluetoothAdapter 初始化藍牙適配器
wx.closeBluetoothAdapter 關閉藍牙模塊
wx.getBluetoothAdapterState 獲取本機藍牙適配器狀態
wx.onBluetoothAdapterStateChange 監聽藍牙適配器狀態變化事件
其中，掃描和獲取周圍BLE設備的有4個。

wx.startBluetoothDevicesDiscovery 開始搜尋附近的藍牙外圍設備
wx.stopBluetoothDevicesDiscovery 停止搜尋附近的藍牙外圍設備
wx.getBluetoothDevices 獲取所有已發現的藍牙設備
wx.onBluetoothDeviceFound 監聽尋找到新設備的事件
連接BLE設備的2個：

wx.createBLEConnection 連接低功耗藍牙設備
wx.closeBLEConnection 斷開與低功耗藍牙設備的連接
連接成功後，讀寫BLE對應特徵對象的數據：

wx.getConnectedBluetoothDevices 根據 uuid 獲取處於已連接狀態的設備
wx.getBLEDeviceServices 獲取藍牙設備所有 service（服務）
wx.getBLEDeviceCharacteristics 獲取藍牙設備所有 characteristic（特徵值）
wx.readBLECharacteristicValue 讀取低功耗藍牙設備的特徵值的二進制數據值
wx.writeBLECharacteristicValue 向低功耗藍牙設備特徵值中寫入二進制數據
wx.notifyBLECharacteristicValueChange 啓用低功耗藍牙設備特徵值變化時的 notify 功能
wx.onBLECharacteristicValueChange 監聽低功耗藍牙設備的特徵值變化
wx.onBLEConnectionStateChange 監聽低功耗藍牙連接的錯誤事件

3.3 API 操作流程

微信小程序藍牙API 操作流程，與Android 類似，但是相比於Android 卻簡化了很多。

3.3.1.首先是要初始化藍牙

// 藍牙相關API
  /**
   * 1. 打開藍牙適配器
   */
function openBle(callback) {
  wx.openBluetoothAdapter({
    success: function (res) {
      writeLogcat('初始化藍牙適配器成功' + JSON.stringify(res));
      callback(0, null);
    },

    fail: function (res) {
      writeLogcat('初始化藍牙適配器失敗， 失敗原因： ' + JSON.stringify(res));
      callback(1, null);
    }
  })
}

3.3.2. 開啓藍牙搜索,並獲取藍牙設備列表 wx.getBluetoothAdapterState --> wx.onBluetoothAdapterStateChange --> wx.startBluetoothDevicesDiscovery --> wx.onBluetoothDeviceFound --> getBluetoothDevices

/**
 * 3. 掃描藍牙設備
 */
function scanBle(callback) {
  //開始搜尋附近的藍牙外圍設備
  wx.startBluetoothDevicesDiscovery({
    success: function (res) {
      writeLogcat("成功打開，開始搜尋附近的藍牙外圍設備 ..." + JSON.stringify(res));

      wx.getBluetoothDevices({
        success: function (res) {
          writeLogcat("發現外圍藍牙設備， 設備信息 =" + JSON.stringify(res));
          callback(0, res);
        },

        fail: function (res) {
          writeLogcat("發送外圍藍牙設備失敗， 失敗原因 =" + JSON.stringify(res));
          callback(1, null);
        }
      })
    },

    fail: function (res) {
      writeLogcat("掃描失敗藍牙設備 ..." + JSON.stringify(res));
      callback(1, null);
    }
  })
}

3.3.3. 選擇藍牙設備獲取相應的deviceId（對於需要通訊的藍牙設備和設備的服務UUID 和特徵UUID 需要事先知道，到底與那個BLE設備通訊，不然就算藍牙設備搜索出來，也不知道）
3.3.4. 連接藍牙設備 wx.createBLEConnection --> wx.getBLEDeviceService(獲取設備的ServiceId)

注意：使用wx.notifyBLECharacteristicValueChange(Object object) 對於接收BLE藍牙設備數據的方式一般的特徵有兩種（notify 和 indicate ），網上大部分都是使用notify特徵的，很少人使用Indicate，所以需要根據具體使用哪種，從而註冊相應特徵的通知回調函數，微信的API 也有提到

/**
 * 4. 連接藍牙設備  -- 適應  IOS 和 Android
 * 
 * devices 成員
 * deviceId   設備MAC地址  
 * serviceUUIdD  設備服務UUID
 * writeCharacteristicsUUID  寫特徵UUID
 * readCharacteristicsUUID   讀特徵UUID
 * indicateCharacteristicsUUID  通知特徵UUID
 */
function connectBle(devices, callback) {
  //1. 從devices 中獲取藍牙設備mac 地址
  var deviceId = devices.deviceId;
  var serviceUUID = null;

  connectedDeviceId = deviceId;
  writeLogcat("目標藍牙設備mac地址 = " + deviceId);

  wx.createBLEConnection({
    deviceId: deviceId,
    success: function (res){
      writeLogcat('藍牙設備連接成功');

      wx.getBLEDeviceServices({
        deviceId: deviceId,
        success: function (res) {
          var deviceService = res.services;
          writeLogcat('獲取藍牙設備Service信息 = ' + JSON.stringify(res));

          //連接設備成功，關閉藍牙發現
          wx.stopBluetoothDevicesDiscovery();

          //輪詢設備服務UUID           
          var isMatch = false;
          for (var ik = 0; ik < deviceService.length; ik++) {
            serviceUUID = deviceService[ik].uuid;

            writeLogcat("目標藍牙設備 serviceUUID =" + serviceUUID);

            //已經匹配上ServiceUUID, 獲取相關特徵UUIDS
            if (serviceUUID != devices.serviceUUIdD)
              continue;
            else {
              isMatch = true;
              break;
            }
          }

          if (isMatch == false) 
          {
            writeLogcat("未找到目標服務 ...");

            callback(1, "未找到目標服務 ...");
            return;
          }

          writeLogcat("匹配服務 serviceUUID =" + serviceUUID);

          //獲取藍牙服務成功ID成功，獲取特徵值
          wx.getBLEDeviceCharacteristics({
            deviceId: deviceId,
            serviceId: serviceUUID,

            //獲取特徵值成功
            success: function (res) {
              writeLogcat("藍牙設備特徵值信息 = " + JSON.stringify(res));

              //遍歷特徵值，找到指定的通知特徵，讀和寫特徵值
              for (var ik = 0; ik < res.characteristics.length; ik++) {
                var characteristicsUUID = res.characteristics[ik].uuid;

                writeLogcat("res.characteristics[" + ik + "] uuid = " + characteristicsUUID);
                writeLogcat("res.characteristics[" + ik + "] properties = " + JSON.stringify(res.characteristics[ik].properties));

                //保存特徵值，如果是通知特徵，則需要開啓通知服務
                if (res.characteristics[ik].properties.read == true)
                {
                  globalReadCharacteristicsUUID = characteristicsUUID;
                  writeLogcat("讀特徵UUID = " + characteristicsUUID);
                }

                if (res.characteristics[ik].properties.write == true)
                {
                  globalWriteCharacteristicsUUID = characteristicsUUID;
                  writeLogcat("寫特徵UUID = " + characteristicsUUID);
                }

                //啓用低功耗藍牙設備特徵值變化時的 notify 功能
                if (res.characteristics[ik].properties.indicate == true) {
                  
                  //保存indicate 特徵uuid
                  globalIndicateCharacteristicsUUID = characteristicsUUID;
                  writeLogcat("指示特徵UUID = " + characteristicsUUID);

                  wx.notifyBLECharacteristicValueChange({
                    deviceId: deviceId,
                    serviceId: serviceUUID,
                    characteristicId: characteristicsUUID,
                    state: true,           //開啓通知功能

                    success: function (res) {
                      writeLogcat("啓用低功耗藍牙設備特徵值變化時的 notify 功能成功," + JSON.stringify(res));

                      //註冊通知特徵，回調函數
                      wx.onBLECharacteristicValueChange(receiveBleData);
                      callback(0, res);
                    },

                    fail: function (res) {
                      writeLogcat("啓用低功耗藍牙設備特徵值變化時的功能失敗，失敗原因 = " + JSON.stringify(res));
                      callback(1, res);
                    },
                  });
                }
              }
            },

            fail: function (res) {
              writeLogcat('獲取設備特徵值失敗, 失敗原因 =' + JSON.stringify(res));
              callback(1, res);
            },
          });

        },

        fail: function (res) {
          writeLogcat('獲取設備服務失敗，失敗原因 = ' + JSON.stringify(res));
          callback(1, res);
        }

      });
    },

    fail: function (res) {
      writeLogcat('藍牙設備連接失敗，請稍後重試，失敗原因 = ' + JSON.stringify(res));
      callback(1, res);
    }
  });
}

3.3.5 關閉藍牙連接

/**
 * 5. 斷開與藍牙設備連接
 */
function disconnectBle(callback) {
  wx.closeBLEConnection({
    deviceId:connectedDeviceId,
    success: function (res){
      writeLogcat('斷開藍牙設備成功：' + JSON.stringify(res));
      callback(0, res);
    },

    fail: function (res) {
      writeLogcat('斷開藍牙設備失敗：' + JSON.stringify(res));
      callback(1, res);
    }
  })
}

3.3.6 ble 發送數據

/**
 * 發送20個字節
 */
function writeBle(devices, cmd, onSuccessCallback, onFailCallback)
{
  writeLogcat("發送第" + globalIndex + "包 = " + cmd);
  
  //需要發送的數據
  var packetBuffer = stringToArrayBuffer(cmd);

  wx.writeBLECharacteristicValue({
    deviceId: devices.deviceId,
    serviceId: devices.serviceUUId,
    characteristicId: devices.writeCharacteristicsUUID,
    value: packetBuffer,

    success: function (res){
      //發送成功
      writeLogcat("藍牙發送成功");
      onSuccessCallback();
    },

    fail: function (res) {
      writeLogcat("藍牙發送失敗，失敗原因： " + JSON.stringify(res));
      //onFailCallback();
    },
  });

3.3.6 讀取串口發送的數據
wx.getBLEDeviceCharacteristics --> success:wx.notifyBLECharacteristicValueChange --> success:wx.readBLECharacteristicValue --> wx.onBLECharacteristicValueChange

/**
 * 2. 接收數據處理  -- 打開定時器，200ms 超時表示接收完成
 */
function receiveBleData(res)
{
  var dataStr = arrayBufferToHexString(res.value).toUpperCase();
  writeLogcat("接收長度 = " + (dataStr.length / 2) + ", 數據 = " + dataStr);
  
  globalReceiveBuffer += dataStr;
  globalPacketTotalLength += (dataStr.length / 2);

  writeLogcat("當前接收總長度 = " + globalPacketTotalLength);

  //收到包頭，計算微信協議數據包總長度
  if (dataStr.substr(0, 2) == "FE" && globalIsCalwxProtocolLength == false)
  {
    globalIsCalwxProtocolLength = true;

    //計算微信協議數據總長度
    globalwxPacketLength = hex2StringToInt(dataStr.substr(4, 4));
    writeLogcat("微信協議數據總長度 = " + globalwxPacketLength);
  }
  else
  {
    //判斷是否接收完整一包的微信協議包，是則調用回調處理
    //接收長度大於等於微信協議長度
    if (globalPacketTotalLength >= globalwxPacketLength && globalIsCalwxProtocolLength == true)
    {
      //處理數據
      writeLogcat("接收完整一包完成，開始處理數據");
      writeLogcat("完整一包數據 = " + globalReceiveBuffer);
      
      sleep(100);

      processwxProtocol(globalReceiveBuffer);
     // wx.onBLECharacteristicValueChange(receiveBleData);

      //等待接收下一包
      globalReceiveBuffer = "";
      globalPacketTotalLength = 0;
      globalwxPacketLength = 0;
      globalIsCalwxProtocolLength = false;
    }
    else
    {
      globalReceiveBuffer = "";
      globalPacketTotalLength = 0;
      globalwxPacketLength = 0;
      globalIsCalwxProtocolLength = false;
    }
  }
}

3.3.7 關閉藍牙適配器

/***
  * 2. 關閉藍牙適配器
  */
function closeBle(callback) {
  wx.closeBluetoothAdapter({
    success: function (res) {
      writeLogcat("關閉藍牙適配器成功，" + JSON.stringify(res));
      callback(0, null);
    },

    fail: function (res) {
      writeLogcat("關閉藍牙適配器失敗， 失敗原因： " + JSON.stringify(res));
      callback(1, null);
    }
  })
}

問題總結:

1. android手機使用小程序的BLE模塊，廣播中的deviceId表示設備的mac信息，ios系統則是手機mac和設備mac加密產生的uuid值！連接設備也如此：安卓直接使用mac進行連接操作；但ios使用廣播中讀取到的UUID進行連接。

簡而言之，全是掃描到設備後的deviceId信息。

2. Android手機使用小程序操作BLE設備，連接成功後可以直接進行特徵數據的獲取；但ios直接調用時，會出現10004的報錯官方文檔報錯信息連接。

如何解決ios手機使用小程序BLE報錯問題。

只需要在連接成功和讀設備特徵數據之間，進行一項開啓通信服務操作即可，按照java android開發ble規範來說，連接成功後是需要優先開啓服務的，所以android和ios都統一開啓服務！！

3.ISO 系統：

1.1 我使用自己的手機（型號是iPhone XS Max 系統版本: ios13.1 ）測試時，發現怎麼初始化藍牙適配器總是失敗，後來懷疑是不是系統太新了，小程序底層沒有適配，於是迫不得已我當天晚上在宿舍刷機（o(╥﹏╥)o），刷回ios12.4.1 測試發現可以初始化藍牙適配器，後來第二天早上在上班路上，看最先ios13 新聞，突然間想起來在ios13 新增藍牙權限，是不是權限問題呢？於是，我又把手機升級到ios13.0 測試發現真的是權限問題。o(╥﹏╥)o 白白刷了兩次手機。

4. 藍牙BLE 最大支持20個字節發送，因此，超過20個字節需要分包發送。

參考文章

通用屬性配置文件（GATT）及其服務，特性與屬性介紹

微信小程序 - 藍牙BLE小程序開發

NPOI 導出Sqlite 百萬級數據到Excel 文件

Protocol buffer序列化及其在微信藍牙協議中的應用(轉)

微信藍牙外設開發記錄 - 3 (Android與微信藍牙BEL設備通訊)

微信小程序 - 藍牙BLE小程序開發

Android將數據導出爲excel文件的方法(轉)

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結