你不知道的前端蓝牙应用实践-心率带

本文为来自 字节教育-成人与创新前端团队 成员的文章，已授权 ELab 发布。,最近开启了减肥计划，购入了一条心率带，期望在使用划船机过程中监测心率情况。购入后的情况如下：,心率带不直接显示数值，需要连接APP或相关设备使用。,官方APP仅实时显示心率数据，无法生成心率统计图表。,,,通过咕咚APP连接心率带，开启运动后可以监测心率变化，但划船机不在支持的运动范围内。,自己简单实现了一个划船机节拍器的小程序。,,,,于是萌生了在自己的节拍器小程序内监听心率数据的想法，即Taro小程序中的蓝牙应用实践。,对于概念类的知识笔者毕竟不是专业的，感兴趣的同学可以通过百科、搜索引擎等渠道进行了解。这里仅简单介绍接下来会运用到的一些知识。,客户端（中心设备）：在本次实践中为笔者的手机。,服务端（外围设备）：在本次实践中为心率带、耳机等设备。,蓝牙低能耗技术，实现设备间的连接与通信。顾名思义，能耗与成本都更低，与之相对应的则称为经典蓝牙。基于笔者的开发目的，本文简单了解设备连接前（GAP）和连接后（GATT）所涉及的两个协议。,（了解更多：蓝牙低能耗——百度百科[1]、一文读懂蓝牙技术从 1.0 到 5.0 的前世今生[2]）,GAP（Generic Access Profile）,主要用来控制设备连接和广播。通常是由外围设备主动、间隔性地广播设备信息，等待中心设备发现并建立连接。需要注意的是，这种连接方式是独占的，在建立连接后，外围设备将停止广播。,另一方面，还存在仅向外广播而不建立连接的iBeacon设备。,GATT（Generic Attribute Profile）,定义了两个设备间的数据传输方式。GATT中有两个关键概念：service（服务）与characteristic（特征）。,Service就是一个独立的逻辑项，它包含一个或多个Characteristic。,Characteristic是GATT中最小的逻辑数据单元，其属性包含properties，标识该特性是否能够被read、write、notify、indicate。notify与indicate的区别在于，indicate需要有回复才能发送下一个数据包。,每个服务和特性都具有唯一的UUID标识，其中部分是由Bluetooth SIG官方定义的， Assigned Numbers | Bluetooth® Technology Website[3]，如设备名、心率数据等常用属性都是官方定义来统一规范。此外UUID也可以由硬件工程师来自定义实现。,（了解更多：BLE相关协议（GAP&GATT）[4]）,Taro.openBluetoothAdapter(option) | Taro 文档[5],初始化蓝牙模块,Taro.getBluetoothDevices(option) | Taro 文档[6],获取在蓝牙模块生效期间所有已发现的蓝牙设备。包括已经和本机处于连接状态的设备。,也可以使用 Taro.onBluetoothDeviceFound(callback) | Taro 文档[7]来发现设备。,Taro.createBLEConnection(option) | Taro 文档[8],连接低功耗蓝牙设备。,若小程序在之前已有搜索过某个蓝牙设备，并成功建立连接，可直接传入之前搜索获取的 deviceId 直接尝试连接该设备，无需进行搜索操作。,Taro.getBLEDeviceServices(option) | Taro 文档[9],获取蓝牙设备所有服务(service)。,Taro.getBLEDeviceCharacteristics(option) | Taro 文档[10],获取蓝牙设备某个服务中所有特征值(characteristic)。,Taro.readBLECharacteristicValue(option) | Taro 文档[11],读取低功耗蓝牙设备的特征值的二进制数据值。注意：必须设备的特征值支持 read 才可以成功调用。,接口读取到的信息需要在onBLECharacteristicValueChange 方法注册的回调中获取。,Taro.notifyBLECharacteristicValueChange(option) | Taro 文档[12],启用低功耗蓝牙设备特征值变化时的 notify 功能，订阅特征值。注意：必须设备的特征值支持 notify 或者 indicate 才可以成功调用。,另外，必须先启用 notifyBLECharacteristicValueChange 才能监听到设备 characteristicValueChange 事件,Taro.onBLECharacteristicValueChange(callback) | Taro 文档[13],监听低功耗蓝牙设备的特征值变化事件。必须先启用 notifyBLECharacteristicValueChange 接口才能接收到设备推送的 notification。,此处贴一些资料，感兴趣可自行阅读,Web Bluetooth API - Web APIs | MDN[14],通过 JavaScript 与蓝牙设备通信[15],首先getBLEDeviceServices获取到服务列表：,,查询资料,,可知0x1800是我们需要的服务。getBLEDeviceCharacteristics获取其特征列表：,,查询资料,,可知0x2A00是我们需要的特征。此时可以看到read属性为true，我们通过onBLECharacteristicValueChange和readBLECharacteristicValue读一下数据看看。,得到输出，某米耳机：,,,大家应该已经发现，给到的特征值其实是ArrayBuffer格式。,（了解更多：谈谈JS二进制:File、Blob、FileReader、ArrayBuffer、Base64 - 掘金[16]）,此时需要我们将其转化为字符串。除了上面的方法外，还可以先转16进制，再转字符串：,同样，首先我们拿到了所需的服务和特征如下。,在设备连接后，通过onBLECharacteristicValueChange和notifyBLECharacteristicValueChange订阅特征值变化。,此时我们已经能够获取到心率带发送的心率数据如下。,,但是此时如果按照上文解析设备名称的方式，将其转化为字符串，将得到一串乱码。,,所以需要根据协议文档（https://www.bluetooth.com/specifications/specs/heart-rate-service-1-0/）来解读这几个数据。,,,,至此整个蓝牙心率设备数据获取的实现就完成了，可以在使用节拍器的同时监控自身的心率数据了。,,整体来说整个开发过程还是比较简单的，毕竟API文档描述的非常清晰，主要时间耗费在解读心率数据这个过程，后来知道应该从协议文档出发解读就好说了。,由于是在业余时间实现的上述能力，开发过程中存在不少疑惑没来得及研究。这里先抛两个问题出来，希望了解相关知识的同学能够不吝赐教。,猜测电池服务和特性分别是0x180F Battery service 和 0x2A19 Battery Level ，但上图耳机返回的service列表中没找到该服务。,,本文作者正在等待你的帮助。,[1]蓝牙低能耗——百度百科: https://baike.baidu.com/item/%E8%93%9D%E7%89%99%E4%BD%8E%E8%83%BD%E8%80%97,[2]一文读懂蓝牙技术从 1.0 到 5.0 的前世今生: https://zhuanlan.zhihu.com/p/37717509,[3]Assigned Numbers | Bluetooth® Technology Website: https://www.bluetooth.com/specifications/assigned-numbers/,[4]BLE相关协议（GAP&GATT）: https://www.jianshu.com/p/62eb2f5407c9,[5]Taro.openBluetoothAdapter(option) | Taro 文档: https://docs.taro.zone/docs/apis/device/bluetooth/openBluetoothAdapter,[6]Taro.getBluetoothDevices(option) | Taro 文档: https://docs.taro.zone/docs/apis/device/bluetooth/getBluetoothDevices,[7]Taro.onBluetoothDeviceFound(callback) | Taro 文档: https://docs.taro.zone/docs/apis/device/bluetooth/onBluetoothDeviceFound,[8]Taro.createBLEConnection(option) | Taro 文档: https://docs.taro.zone/docs/apis/device/bluetooth-ble/createBLEConnection,[9]Taro.getBLEDeviceServices(option) | Taro 文档: https://docs.taro.zone/docs/apis/device/bluetooth-ble/getBLEDeviceServices,[10]Taro.getBLEDeviceCharacteristics(option) | Taro 文档: https://docs.taro.zone/docs/apis/device/bluetooth-ble/getBLEDeviceCharacteristics,[11]Taro.readBLECharacteristicValue(option) | Taro 文档: https://docs.taro.zone/docs/apis/device/bluetooth-ble/readBLECharacteristicValue,[12]Taro.notifyBLECharacteristicValueChange(option) | Taro 文档: https://docs.taro.zone/docs/apis/device/bluetooth-ble/notifyBLECharacteristicValueChange,[13]Taro.onBLECharacteristicValueChange(callback) | Taro 文档: https://docs.taro.zone/docs/apis/device/bluetooth-ble/onBLECharacteristicValueChange,[14]Web Bluetooth API - Web APIs | MDN: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Web_Bluetooth_API,[15]通过 JavaScript 与蓝牙设备通信: https://web.dev/i18n/zh/bluetooth/,[16]谈谈JS二进制:File、Blob、FileReader、ArrayBuffer、Base64 - 掘金: https://juejin.cn/post/7148254347401363463#heading-9