如何開發iOS Swift BLE通訊 (QCA402X BLE應用)

前言

在物聯網時代，許多硬體須透過藍牙低功耗技術(BLE, Bluetooth Low Energy)與手機APP做應用。在iOS開發中，藍牙開發框架是使用Core Bluetooth，本文會介紹在iOS環境中Core Bluetooth與藍牙設備通信所需要的類與協議，以及介紹如何與QCA402X BLE做交互。

I. 宣告所需要的許可權

(圖一)在info.plist內新增 “Privacy –Bluetooth Peripheral Usage Description”key

此外，在最新的iOS13上需要再新增“Privacy – Bluetooth Always Usage Description”key到info.plist中(圖二)。

(圖二)在info.plist內新增 “Privacy –Bluetooth Always Usage Description”key

其中主要關鍵的類別為“CBCentralManager”和 “CBPeripheral”。

1. 連線藍牙前的初始化工作
2. 掃描藍牙裝置
3. 連線藍牙裝置
4. 發現服務
5. 收發資料
6. 斷開連線

第一步驟要先設置CBCentralManager進行藍牙管理(圖三)。

初始化

(圖三)初始化CBCentralManager

在startScan()裡面新增CBCentralManager的scanForPeripherals功能掃描外圍設備（圖四），當掃描開始進行時，會調用CBCentralManagerDelegate裡的didDiscover peripheral方法(圖五)，這樣一來就可以得到外部設備的名稱以及RSSI。若要停止掃描則需執行CBCentralManger裡的stopScan功能（圖六）。

(圖四)調用CBCetralManager裡的scanForPeripherals功能進行掃描

(圖五)當正在進行掃描時，調用CBCetralManagerDelegate裡“centralManager(_ central: CBCentralManager, didDiscover peripheral: CBPripheral, advertisementData: [String: Any], rssi RSSI: NSNumber)”的方法

(圖六)調用CBCetralManager裡的stopScan功能停止掃描

首先，連線第一步驟必須調用“CBCentralManager”裡的connect方法，如(圖七)所示，在先前已經宣告“var centralManager: CBCentralManager!”，所以這邊直接調用方法centralManager.connect(peripheral, options: nil)進行連線。

(圖七)調用方法centralManager.connect(peripheral, options: nil)

若連線成功後會調用CBCentralManagerDelegate裡didConnect peripheral的方法(圖八)，如果連線失敗則會調用didFailToConnect peripheral (圖九)”。

(圖八)當連線成功，調用CBCentralManagerDelegate裡 “centralManager(_ central: CBCentralManager, didConnect peripheral: CBPripheral)”的方法

(圖九)當連線失敗，調用CBCentralManagerDelegate裡“centralManager(_ central: CBCentralManager, didFailToConnect peripheral: CBPripheral, Error?)

當連線成功後，即可讀取peripheral的service、characteristic以及descriptor。

didDiscoverServices：找尋服務

此時調用CBPeripheralDelegate裡didDiscoverServices的方法來讀取peripheral的service (圖十)，再利用for迴圈讀取service所包含的characteristic。

(圖十)調用CBPeripheralDelegate裡 “peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverServices error: Error?)”的方法來讀取peripheral的service

當讀取到peripheral所包含的characteristic後則調用CBPeripheralDelegate裡didDiscoverCharacterisiticFor service的方法來讀取service底下的characterisitic (圖十一)，如圖所示，讀取到service下的所有characterisitic，並利用for迴圈將characteristic對應先前已宣告的uuid，如果對應成功就可以調用CBPeripheral.setNotifyValue(enable: Bool, for: CBCharacterisitic)的方法可以對characteristic收到回傳的通知。最後可以再調用CBPeripheral裡的discoverDescriptors來讀取每個characteristic下的descriptor。

(圖十一)調用CBPeripheralDelegate裡 “peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverCharacterisiticFor service: CBService,  error: Error?)”的方法來讀取service底下的characterisitic

而descriptor還需透過CBPeripheralDelegate裡didDiscoverDescriptorFor characterisitic的方法來讀取descriptor(圖十二)。

(圖十二)透過CBPeripheralDelegate裡 “peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverDescriptorFor characterisitic: CBCharacterisitic,  error: Error?)”的方法來讀取descriptor

完成上述步驟後，要透過手機BLE與QCA402X進行交互就必須透過發送資料以及接收資料這兩項步驟。如(圖十三) 所示，利用writeValueForCharacteristic的方法將值寫入characteristic，如果是以CBCharacteristicWriteWithResponse模式發送，就可以調用CBPeripheralDelegate的didwriteValueFor characteristic的方法(圖十四)判斷發送是否成功，如果是以CBCharacteristicWriteWithoutResponse模式則不能使用該方法判斷。

(圖十三)利用writeValueForCharacteristic(hex: Data, forCharacteristic characteristic: CBCharacteristic)的方法將值寫入characteristic

(圖十四)調用CBPeripheralDelegate的(peripheral_ peripheral: CBPeripheral, didwriteValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?)的方法判斷發送是否成功

當收到數據時，會調用didUpdateValueFor characteristic的方法 (圖十五)，就可以接收到數據。(圖十五)中self.delegate?.readData(characteristic: characterisitic, peripheral: peripheral)的方法是利用Delegate將資料傳到UI層進行顯示。

(圖十五) peripheral(_ peripheral: CBperipheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacterisitic, error: Error?)的方法接收數據

QCA402X範例: 

可以自行在QCA402X開發板上定義Turn On / Turn Off LED的指令，這樣一來就可以在手機APP上進行LED開關控制。在Xcode中將On(0x00) / Off(0x01)的指令透過writeValueForCharacterisitic的方法將值寫入後， 再透過readData來讀取回傳的資料，即可分析LED當前的狀態為On或Off。圖十六、圖十七為App上LED燈控制按鈕ON與OFF，當按下後收到回傳的資料即會調出alert，顯示如圖十八、圖十九。

(圖十六) LED ON	(圖十七) LED OFF

(圖十八) Alert(ON)	(圖十九) Alert(OFF)

調用(圖二十)didDisconnectPeripheral peripheral的方法執行斷線。

(圖二十)調用centralManager(_ central: CBCentralManager, didDisconnectPeripheral peripheral: CBPeripheral, error: Error?)

本文主要介紹如何使用Xcode開發iOS BLE、介紹Core Bluetooth iOS藍牙框架和兩個主要關鍵的類別“CBCentralManager”和“CBPeripheral”以及流程中各個重要方法的介紹以及應用，按照第三點“藍牙開發流程”中的步驟即可開發出一款基本的iOS藍牙通信APP。