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蓝牙 SPP 协议详解及 Android 实现

article 2024/11/14 13:00:58

文章目录

前言
一、什么是蓝牙 SPP 协议？
- SPP 的适用场景
二、SPP的工作流程
- 1. 蓝牙设备初始化
- 2. 设备发现与配对
- 3. 建立 SPP 连接
- 4. 数据传输
- 5. 关闭连接
三、进阶应用与常见问题
- 蓝牙连接中断与重试机制
- 数据传输中的延迟与错误处理
- 电池消耗和蓝牙优化
总结

前言

蓝牙 SPP（Serial Port Profile，串口通信协议）是一种经典蓝牙协议，它允许设备之间通过模拟串口的方式进行无线数据传输。基于 RFCOMM 通信层，SPP 协议与传统的 RS-232 串口标准类似，因此非常适合低速、短距离的数据传输，如 Android 设备和传感器、微控制器之间的通信。

本文将详细介绍蓝牙 SPP 协议的原理、工作流程，并结合 Android 实现，展示如何在移动设备中应用该协议。

一、什么是蓝牙 SPP 协议？

SPP 是一种点对点的蓝牙通信协议，适合小数据量的双向传输。它使用经典蓝牙作为传输基础，模拟串行通信接口，为设备之间提供稳定的数据交换通道。
SPP 的工作范围一般在 10 米左右，传输速率最高约 700 Kbps。

SPP 的适用场景

传感器数据采集：如温湿度、气压等环境数据采集。
工业控制：控制面板与设备的无线调试和数据采集。
智能家居：物联网设备之间的短距离数据传输。

二、SPP的工作流程

蓝牙 SPP（Serial Port Profile）协议是用于模拟串行端口通信的一种蓝牙协议，通常用于无线传输数据。

SPP 协议的工作流程如下：

初始化蓝牙适配器并确保蓝牙开启。
扫描并选择设备进行配对（如果未配对）。
使用 BluetoothSocket 建立 SPP 连接。
通过 InputStream 和 OutputStream 进行数据传输。
传输完成后关闭连接。

以下是 Android 蓝牙 SPP 协议的工作流程详解：

1. 蓝牙设备初始化

BluetoothAdapter 是 Android 中操作蓝牙的核心类，负责控制蓝牙的开启、扫描设备和数据传输。

val bluetoothAdapter: BluetoothAdapter? = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter()
if (bluetoothAdapter == null) {
    // 设备不支持蓝牙
}

//启用蓝牙
if (bluetoothAdapter?.isEnabled == false) {
    val enableBtIntent = Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE)
    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT)
}

2. 设备发现与配对

SPP 协议建立连接之前，需要进行设备的发现和配对过程。你可以扫描附近的蓝牙设备：

Set<BluetoothDevice> pairedDevices = bluetoothAdapter.bondedDevices
if (pairedDevices.isNotEmpty()) {
    for (device in pairedDevices) {
        // 获取设备信息
        val deviceName = device.name
        val deviceAddress = device.address // 设备 MAC 地址
    }
}

// 扫描未配对设备
bluetoothAdapter.startDiscovery()

在设备扫描结果中，可以通过 BluetoothDevice.ACTION_FOUND 广播接收到设备信息。

3. 建立 SPP 连接

要建立 SPP 连接，首先需要获取目标设备的 BluetoothSocket。这是蓝牙设备之间通信的通道。

BluetoothDevice device = bluetoothAdapter.getRemoteDevice(deviceAddress);
UUID sppUuid = UUID.fromString("00001111-0000-1111-8000-001234567891"); // SPP UUID
BluetoothSocket socket = device.createRfcommSocketToServiceRecord(sppUuid);
socket.connect();

4. 数据传输

通过 BluetoothSocket 的输入输出流进行数据传输。通常通过 InputStream 和 OutputStream 进行读写操作：

OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
InputStream inputStream = socket.getInputStream();

// 发送数据
String message = "Hello, SPP!";
outputStream.write(message.getBytes());

// 接收数据
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytes;
while ((bytes = inputStream.read(buffer)) != -1) {
    String receivedData = new String(buffer, 0, bytes);
    // 处理接收到的数据
}

5. 关闭连接

完成数据传输后，记得关闭连接，释放资源：

socket.close();

三、进阶应用与常见问题

蓝牙连接中断与重试机制

在实际应用中，蓝牙连接可能因设备移动、电池电量不足或信号干扰等原因中断。为了提高用户体验，建议在蓝牙连接中实现自动重试机制。一旦连接中断，应用应自动检测并尝试重新连接设备，避免频繁的手动操作。

例如，可以通过设置一个超时机制，在连接过程中如果长时间未能建立连接，就自动重试：

val socket: BluetoothSocket = device.createRfcommSocketToServiceRecord(sppUuid)
var connected = false
var attempts = 0
val MAX_RETRY_ATTEMPTS = 3
val RETRY_DELAY_MS = 1000L  // 设置每次重试之间的延迟时间

while (attempts < MAX_RETRY_ATTEMPTS && !connected) {
    try {
        socket.connect()
        connected = true
    } catch (e: IOException) {
        attempts++
        Log.e("SPP", "Attempt $attempts to connect failed.")
        if (attempts == MAX_RETRY_ATTEMPTS) {
            Log.e("SPP", "Connection failed after $MAX_RETRY_ATTEMPTS attempts.")
        } else {
            // 每次重试时加入延迟，防止快速连续重试
            Thread.sleep(RETRY_DELAY_MS)
        }
    }
}

优化点：

增加延迟：在每次重试之间加入 Thread.sleep() 延迟，避免快速连续的重试操作。

数据传输中的延迟与错误处理

SPP 协议的传输速率相对较低，尤其在信号质量差或者干扰较多的环境下，可能会出现较高的延迟或数据丢失。为确保数据传输的可靠性，可以在应用层实现一些数据校验和错误处理机制。

一种常见的方法是使用校验和或 CRC（循环冗余校验）来确保数据的完整性。如果接收到的数据出现问题，可以请求重新发送：

// 校验和计算函数
fun calculateChecksum(data: ByteArray): Int {
    return data.sumOf { it.toInt() }
}

// 数据验证函数
fun validateData(receivedData: ByteArray, expectedChecksum: Int): Boolean {
    val checksum = calculateChecksum(receivedData)
    return checksum == expectedChecksum
}

// 接收数据时验证
val buffer = ByteArray(1024)
var bytes: Int
while (inputStream.read(buffer).also { bytes = it } != -1) {
    val receivedData = buffer.copyOf(bytes)
    val expectedChecksum = 12345 // 假设的期望校验和
    if (validateData(receivedData, expectedChecksum)) {
        Log.d("SPP", "Data received correctly")
        // 处理接收到的数据
    } else {
        Log.e("SPP", "Data corruption detected, requesting resend")
        // 可以发送请求重新发送数据
    }
}

优化点：

使用 sumOf 进行校验和计算：简化了原有的循环计算，提升代码可读性。
数据验证时优化校验：通过 validateData 进行数据校验，若校验失败，通知重新发送数据。

电池消耗和蓝牙优化

蓝牙通信会消耗设备的电池，尤其是当设备频繁扫描、连接或传输大量数据时。为了优化电池消耗，可以考虑以下措施：

降低连接频率：避免频繁建立和断开连接，保持连接时尽量减少不必要的数据传输。
使用低功耗模式：如果设备支持，使用蓝牙低功耗（BLE）协议，尤其是在长时间保持连接时。
调整数据传输频率：避免在短时间内频繁发送大量数据，尤其是在传感器数据采集过程中，合理安排发送间隔。

优化后的电池优化代码：

// 开启低功耗模式 (如果支持)
val bluetoothAdapter: BluetoothAdapter? = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter()
if (bluetoothAdapter?.isEnabled == true) {
    val bluetoothLeScanner = bluetoothAdapter.bluetoothLeScanner
    bluetoothLeScanner.startScan(scanCallback)
}

// 发送数据时使用延迟，避免频繁发送
val sendInterval = 1000L // 每隔1秒发送一次数据
val handler = Handler(Looper.getMainLooper())
handler.postDelayed(object : Runnable {
    override fun run() {
        // 执行数据发送操作
        sendData()
        handler.postDelayed(this, sendInterval)  // 定时发送数据
    }
}, sendInterval)