蓝牙-BLE-基础 | Code Prose

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蓝牙

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蓝牙广播

蓝牙信道

低功耗蓝牙一共有 40 个信道

频道范围从 2402MHz 到 2480MHz ，每 2MHz 一个信道

其中 37，38，39 是广播信道

一个广播数据包最长 37 个字节

其中包含 6 个字节用作蓝牙设备的 MAC 地址，剩余 31 个字节称为广播数据包，其又被分为若干个广播数据结构体（AD Structure）

当广播数据包内容不够 31 个字节时，系统会自动补 0，凑够 31 个字节

常见的广播类型如下：

蓝牙设备名称采用 UTF-8 编码，完整的广播类型文档参考链接

😖

特别注意：

当 AD Type 为 0x01 表示的是设备标识，含义如下：

数据位	含义
Bit0	LE有限可发现模式
Bit1	LE普通可发现模式
Bit2	不支持 BR/EDR（经典蓝牙）
Bit3	控制器端同时支持 BR/EDR 和LE（低功耗蓝牙）
Bit4	主机端同时支持 BR/EDR 和 LE
Bit 5 - 7	保留

如果设备只支持 LE (低功耗蓝牙)，不支持 BR/EDR (经典蓝牙)，一般都将设备设为处于普通发现模式，所以只设置 Bit1 和 Bit2 ，即 0x06（b00000110）

扫描请求和扫描响应

蓝牙设备除了可以通过上述方式，主动的发射广播数据外，还可以接受其他设备的扫描请求，从而响应额外的数据，二者的区别如下:

广播是蓝牙从机设备主动发出的数据。

而扫描响应是，当蓝牙主机收到从机的广播数据后，如果想要进一步了解该从机设备的信息，可以向从机设备发送扫描请求，从机收到扫描请求后，向对应的主机回复扫描响应。

我们前文中讲到，蓝牙的广播数据最多是 31 个字节，如果广播数据太多，这 31 个字节装不下时，我们就可以将一部分不太重要的数据放到扫描响应数据里面，来分担广播数据的工作。

🗯️

在 Android 蓝牙开发中广播包有两种：

广播包（Advertising Data）：大小限制在 37 字节

响应包（Scan Response）

外围设备在开启广播时可以带上广播包（必带）或响应包（可选），中心设备扫描到广播时，二者会一起被接收，并放在同一 buffer 中

状态切换和事件处理

蓝牙状态机

蓝牙链路层的状态机有五种状态，分别是就绪态，广播态，链接态，扫描态，发起连接态，各个状态间的转换路径如下图所示：

以手机连接某个蓝牙模块为例，手机作为主机设备，蓝牙模块作为从机设备。上电之后二者都将处于就绪态，蓝牙模块设置广播数据并开始广播后将转换到广播态；手机扫描附近范围内的蓝牙设备时，手机将处于扫描态，手机尝试连接某个设备时，手机的蓝牙处于发起连接态，连接成功后，二者将都处于链接态。断开连接之后，二者将都再回到就绪态！

服务（Service）和特性（Characteristic）

UUID

UUID是 University Unique Identifie 的缩写，翻译成中文为通用唯一标识符。是蓝牙组织联盟定义的用于区分蓝牙服务和特性的的标识符，总长度为 128Bit。例如：

128Bit 的 UUID 占用 16 个字节，在变成个传输的时候都很不方便，所以蓝牙联盟定义了一个 UUID 的基地址，允许在此基础上使用 16Bit 的 UUID。

UUID 基地址：0x0000xxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB

比如 16Bit 的 UUID ： 0x2A37 转换成 128Bit 的 UUID 为：

低功耗蓝牙设备之间通信，都是基于服务和特性。一个蓝牙设备中可以包含若干个服务，一个服务中可以包含若干个特性，每一个服务或者特性都要有一个 UUID 。

蓝牙的数据交互都是基于一个个特性进行的，数据交互的方式有五种，分别是 Read，Write，Write WithOutRespons，Notify，Indication。

🗯️

上述没说到，每个特性还可以包含若干个 Descriptor 描述，如果想要外围设备的某个特征具有 Notify，那么就需要为这个特征添加一个代表能够主动通知的描述（UUID=”0x2902”)

服务和特性的创建

蓝牙设备要在进入广播态之前创建服务和特性，在 MicroPython 中大概分为四步：

创建要使用的 UUID；

使用 UUID 创建特性并设置特性的读写权限；

将创建好的特性添加到服务集合中；

将服务集合注册到协议栈中

数据交互

低功耗蓝牙之间的数据交互都是基于特性，以手机连接蓝牙模块为例，手机读取蓝牙模块的数据，使用的是 Read 方法，手机发送数据给蓝牙模块使用的是 Write 方法，蓝牙模块发送数据到手机，一般使用的是 Notify 方法，而且手机端还要打开 Notify 监听。低功耗蓝牙设备之间通信常用的方式是 Read，Write 和 Notify ，必须在创建特性时赋予对应的权限，才能在通信中使用。如果某个特性在创建的时候，没有开启 Write 权限，则手机将无法通过该特性发送数据到设备；

已定义的 16Bit UUID 对于一些常用的功能，蓝牙组织联盟已经为其定义好了 UUID，我们在开发产品的时候直接使用即可。

16Bit UUID 定义文档下载地址

数据收发

包格式：

一帧低功耗蓝牙的数据包一般情况下最多有261个字节，包含如下内容：

预补码：1个字节，用于时钟同步和信道估计

访问地址： 4个字节

数据位： 2~253字节

CRC校验位： 3字节

经典蓝牙和低功耗蓝牙的区别

📎 参考文章

B站大鹏老师