一. 藍(lán)牙基礎(chǔ)知識

1. 藍(lán)牙4.0和BLE的區(qū)分

通常在了解一點藍(lán)牙的朋友看來，往往將BLE等同于藍(lán)牙4.0，其實不然。

藍(lán)牙4.0是協(xié)議，4.0是協(xié)議版本號，藍(lán)牙4.0是2010年6月由SIG（Special Interest Group）發(fā)布的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，它有2種模式：

BLE（Bluetooth low energy）只能與4.0協(xié)議設(shè)備通信，適應(yīng)節(jié)能且僅收發(fā)少量數(shù)據(jù)的設(shè)備（如家用電子）；

BR/EDR（Basic Rate / Enhanced Data Rate），向下兼容（能與3.0/2.1/2.0通信），適應(yīng)收發(fā)數(shù)據(jù)較多的設(shè)備（如耳機）。這個模式常常也有人稱之為“傳統(tǒng)藍(lán)牙”或“經(jīng)典藍(lán)牙”。

可以這樣理解，藍(lán)牙4.0協(xié)議包含BLE，BLE隸屬于藍(lán)牙4.0協(xié)議的一部分

2. BLE和雙模藍(lán)牙的概念

Bluetooth Low Energy (也被稱為Bluetooth 4.0、BLE、BTLE)，下面記作BLE，是使用2.4GHz的無線短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)。 迄今為止，雖然高速藍(lán)牙已經(jīng)實現(xiàn)，但BLE在通訊速度上比較普通，主要強調(diào)一個紐扣電池能夠工作幾年的這種省電性能。

設(shè)備端和主機端使用GATT(Generic ATTribute) profile進(jìn)行通信。 如果你聽到GATT這個名詞，就可以將其想成使用BLE，這沒什么問題。

由于與傳統(tǒng)藍(lán)牙不兼容，在主機端，和藍(lán)牙3.0合并做為雙模，實現(xiàn)成兩者都可以使用的情況比較多。

3. BLE藍(lán)牙架構(gòu)圖(了解)

最上面綠色的部分是應(yīng)用層，主要是gatt和att我們可以把它看作是同一層。
sm是安全管理層，負(fù)責(zé)管理安全。
最下面link layer層和phy層基本上就是一些rf的處理。

4. GATT概念

GATT已經(jīng)成為BLE通信的規(guī)定，每一個設(shè)備中存在很多的“service”(服務(wù))，service中還包含有多個“Characteristic”（特征值）。
在藍(lán)牙實際數(shù)據(jù)交換中，就是通過讀寫這些“Characteristic”來實現(xiàn)的。

• 一個鼠標(biāo)是一個BLEDevice
• 一個BLEDevice建立了一個BLE服務(wù)器 BLEServer
• 一個BLE服務(wù)器里有多個服務(wù)BLEService
• 一個服務(wù)里有多個特征值BLECharacteristic 每個特征值是一種數(shù)據(jù).就是通過讀寫這些“Characteristic”實現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)

每個characteristic的值可以在不加密的狀態(tài)下讀寫，但配對的操作是加密的。 還有當(dāng)characteristic的值已改變時，可接收通知（notify）。關(guān)于通知的概念請見下面小節(jié).

5. UUID

服務(wù)和characteristic是通過UUID來進(jìn)行識別的。

UUID是32位的，但那些被藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn)中定義的UUID是以四個數(shù)字來表示的。UUID既有16位的也有128位的，我們需要了解的是16位的UUID是經(jīng)過藍(lán)牙組織認(rèn)證的，是需要購買的，當(dāng)然也有一些通用的16位UUID。

UUID：由藍(lán)牙設(shè)備廠商提供的UUID，UUID是在硬件編程里已經(jīng)確定了的，想要操作特定的服務(wù)、特征值都需要通過UUID來找。

6. notify通知的概念

如果主機的一個特征值characteristic發(fā)生改變, 可以使用通知notify來告訴客戶端. 這是服務(wù)器主動給客戶端發(fā)的信息, 并非是響應(yīng)客戶端的請求.

這樣做有很多好處, 比如ESP32采集到了溫度的變化, 可以將數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的特征值characteristic,然后notify通知客戶端.

我們創(chuàng)建特征值時, 把它規(guī)定為通知類型, 當(dāng)這個特征值發(fā)生變化時,可以通知客戶端,像這樣:

pCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_TX, BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY); 
//創(chuàng)建一個(讀)特征值, 它是通知下發(fā)類型的特征值

其實客戶端可以不接受服務(wù)器發(fā)送的notify,方法是修改自己的Descriptor. BLE服務(wù)器看到你對自己的描述中標(biāo)識了不想接收notify,也就不會再給你發(fā)了.詳見下面的視頻.

7. write寫入的概念

我們可以把特征值定為寫入類型, 這樣客戶端可以給我們寫入, 觸發(fā)寫入回調(diào)函數(shù)

BLECharacteristic *pCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_RX, BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE);
//創(chuàng)建一個(寫)特征, 它是寫入類型的特征值
  pCharacteristic->setCallbacks(new MyCallbacks());  
//為特征添加一個回調(diào)

除了通知和寫入, 還有好幾種特征值類型, 請后續(xù)了解

其實BLE理論非常復(fù)雜,但我們理解到這個程度即可.附上一個幫助我們理解的視頻:
https://www.bilibili.com/video/bv17v41117sq

二. ESP32 arduino 藍(lán)牙BLE通訊的實現(xiàn)

1. 思路

把藍(lán)牙設(shè)備看作服務(wù)器, 把手機看作一個客戶端, 客戶端可以給服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù), 服務(wù)器可以給客戶端下發(fā)通知

實現(xiàn)思路:

1. 創(chuàng)建BLE設(shè)備 BLEDevice::init(ble_name);
2. 創(chuàng)建BLE服務(wù)器 BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();
3. 創(chuàng)建若干服務(wù) BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);
4. 創(chuàng)建服務(wù)的特征值

下面的例子中, 我們創(chuàng)建了一個叫做pService 的服務(wù), 這個服務(wù)其實是為了模擬串口
為了實現(xiàn)"串口",我們在這個服務(wù)下添加了兩個特征值, 一個是TX. 一個是RX.

#include <Arduino.h>
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEServer.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLE2902.h>
#include <String.h>

BLECharacteristic *pCharacteristic; //創(chuàng)建一個BLE特性pCharacteristic
bool deviceConnected = false;       //連接否標(biāo)志位
uint8_t txValue = 0;                //TX的值
long lastMsg = 0;                   //存放時間的變量
String rxload = "BlackWalnutLabs";  //RX的預(yù)置值

#define SERVICE_UUID "6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E" // UART service UUID
#define CHARACTERISTIC_UUID_RX "6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"
#define CHARACTERISTIC_UUID_TX "6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"

//服務(wù)器回調(diào)
class MyServerCallbacks : public BLEServerCallbacks
{
  void onConnect(BLEServer *pServer)
  {
    deviceConnected = true;
  };
  void onDisconnect(BLEServer *pServer)
  {
    deviceConnected = false;
  }
};

//特性回調(diào)
class MyCallbacks : public BLECharacteristicCallbacks
{
  void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic)
  {
    std::string rxValue = pCharacteristic->getValue();
    if (rxValue.length() > 0)
    {
      rxload = "";
      for (int i = 0; i < rxValue.length(); i++)
      {
        rxload += (char)rxValue[i];
        Serial.print(rxValue[i]);
      }
      Serial.println("");
    }
  }
};

void setupBLE(String BLEName)
{
  const char *ble_name = BLEName.c_str(); //將傳入的BLE的名字轉(zhuǎn)換為指針
  BLEDevice::init(ble_name);              //初始化一個藍(lán)牙設(shè)備

  BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer(); // 創(chuàng)建一個藍(lán)牙服務(wù)器
  pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks()); //服務(wù)器回調(diào)函數(shù)設(shè)置為MyServerCallbacks

  BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID); //創(chuàng)建一個BLE服務(wù)

  pCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_TX, BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY); 
//創(chuàng)建一個(讀)特征值 類型是通知
  pCharacteristic->addDescriptor(new BLE2902());
//為特征添加一個描述

  BLECharacteristic *pCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_RX, BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE);
 //創(chuàng)建一個(寫)特征 類型是寫入
  pCharacteristic->setCallbacks(new MyCallbacks());
//為特征添加一個回調(diào)

  pService->start();                  //開啟服務(wù)
  pServer->getAdvertising()->start(); //服務(wù)器開始廣播
  Serial.println("Waiting a client connection to notify...");
}
void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  setupBLE("ESP32BLE"); //設(shè)置藍(lán)牙名稱
}

void loop()
{
  long now = millis(); //記錄當(dāng)前時間
  if (now - lastMsg > 1000)
  { //每隔1秒發(fā)一次信號
    if (deviceConnected && rxload.length() > 0)
    {
      String str = rxload;
      if (str=="10086\r\n")
      {
        const char *newValue = str.c_str();
        pCharacteristic->setValue(newValue);
        pCharacteristic->notify();
      }
    }
    lastMsg = now; //刷新上一次發(fā)送數(shù)據(jù)的時間
  }
}