使用Python編寫Android BLE數據交互程序

隨著智能設備的普及和物聯網的發展，BLE成為了一種非常受歡迎的物聯網傳輸協議。本文將會介紹使用Python編寫Android BLE數據交互程序的方法。我們將涉及到BLE的基本概念、Android BLE的使用方法以及Python編寫BLE程序的實現。我們希望這篇文章可以幫助你更加深入地了解BLE，並且可以在編寫基於BLE的應用程序時提供一些幫助。

一、BLE簡介

BLE全稱是Bluetooth Low Energy，它是藍牙4.0技術的一部分。與傳統的藍牙技術相比，BLE技術有更低的功耗、更低的成本以及更短的連接時間。BLE被廣泛應用於智能手錶、智能家居、感測器等物聯網設備。BLE設備通常被分為兩種角色：中心角色（central）和外圍角色（peripheral）。中心角色通常是智能手機、電腦等主設備，負責發現和管理周圍的BLE外圍設備，完成數據的讀寫、通知等操作。而外圍設備通常是沒有網路連接、資源受限的，它們一般被靜默地工作，等待來自中心設備的交互請求。BLE的交互過程使用GATT（Generic Attribute Profile）協議進行。

二、Android BLE的使用

在2013年的Google I/O大會上，Google推出了Android 4.3（Jelly Bean）版本，引入了對BLE設備的支持。Android BLE API可以用來使Android設備成為BLE中心角色或者外圍角色，以此來與其他BLE設備進行數據交互。

在Android平台上，單獨使用BLE進行測試是非常困難的，因為Android機器的內核是基於Java的，而Java本身不支持BLE的底層操作，而是通過JNI調用C++代碼實現。因此，Android BLE API提供了一組高層次的Java API，可以根據我們的需求對BLE設備進行連接、讀寫、設置通知等操作。下面是一個基本的Android BLE程序。

//Connection activity
public class ConnectionActivity extends AppCompatActivity {

    private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
    private BluetoothDevice mBluetoothDevice;
    private BluetoothGatt mBluetoothGatt;

    private Button mConnectButton;
    private Button mDisconnectButton;

    private static final UUID HUMIDITY_SERVICE_UUID =
            UUID.fromString("00001812-0000-1000-8000-00805f9b34fb");

    private static final UUID HUMIDITY_CHARACTERISTIC_UUID =
            UUID.fromString("00002A6F-0000-1000-8000-00805f9b34fb");

    private BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() {
        @Override
        public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
            if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
                mBluetoothGatt.discoverServices();
            }
        }

        @Override
        public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                BluetoothGattService service = gatt.getService(HUMIDITY_SERVICE_UUID);
                BluetoothGattCharacteristic characteristic = service.getCharacteristic(HUMIDITY_CHARACTERISTIC_UUID);
                gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);
            }
        }

        @Override
        public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
            Log.d("TAG", "onCharacteristicChanged");
            byte[] value = characteristic.getValue();
            //做一些數據處理操作
        }
    };

    private View.OnClickListener mConnectButtonClickListener = new View.OnClickListener() {
        @Override
        public void onClick(View v) {
            mBluetoothGatt = mBluetoothDevice.connectGatt(ConnectionActivity.this,
                    false, mGattCallback);
        }
    };

    private View.OnClickListener mDisconnectButtonClickListener = new View.OnClickListener() {
        @Override
        public void onClick(View v) {
            mBluetoothGatt.disconnect();
        }
    };

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_connection);

        mBluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();

        mConnectButton = (Button) findViewById(R.id.connect_button);
        mConnectButton.setOnClickListener(mConnectButtonClickListener);

        mDisconnectButton = (Button) findViewById(R.id.disconnect_button);
        mDisconnectButton.setOnClickListener(mDisconnectButtonClickListener);

        mBluetoothDevice = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice("00:11:22:33:44:55");
    }

    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        mBluetoothGatt.disconnect();
        mBluetoothGatt.close();
    }
}

在程序中，我們使用了BluetoothGattCallback回調方法來處理BLE設備狀態、服務發現和特徵讀寫等事件。在程序啟動的時候，我們通過UUID獲取到了設備和服務的唯一標識符，並在onServicesDiscovered方法中對服務所擁有的特徵進行了註冊，並開啟了通知。當設備有數據更新時，onCharacteristicChanged方法便會被調用。需要注意的是，代碼的注釋部分需要根據實際項目進行修改。

三、Python編寫BLE程序

使用Python編寫BLE程序相較於Android原生的BLE程序開發會稍微複雜一些。我們需要使用Python的BLE庫bluepy，結合Linux系統下的BLE開發包bluez或者Windows系統下的libbluetooth實現BLE數據交互。bluepy支持通過Python代碼來實現BLE設備的連接、讀寫以及通知等操作。下面是一個基本的Python BLE程序：

from bluepy.btle import Peripheral, UUID
from bluepy import btle

LIGHT_CHARACTERISTIC_UUID = UUID("6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E")

class CustomDelegate(btle.DefaultDelegate):
    def __init__(self, params):
        btle.DefaultDelegate.__init__(self)

    def handleNotification(self, cHandle, data):
        #處理收到的數據
        print(data.decode())

if __name__ == "__main__":
    try:
        #連接設備
        p = Peripheral("00:11:22:33:44:55")
        #獲取服務
        services = p.getServices()
        print(services)
        #獲取特徵
        lightCharacteristic = p.getCharacteristics(uuid=LIGHT_CHARACTERISTIC_UUID)[0]
        #註冊通知
        p.setDelegate(CustomDelegate(None))
        p.writeCharacteristic(lightCharacteristic.valHandle + 2, b"\x01\x00")
        #等待收取通知
        while True:
            if p.waitForNotifications(1.0):
                continue
            print("Waiting...")
    except Exception as e:
        print("Connection error:", e)
        #斷開設備
        p.disconnect()

在程序中，我們通過Peripheral類連接BLE設備，並通過UUID來獲取設備中的服務和特徵，最後對特徵註冊通知並在while循環中等待特徵的值改變。需要注意的是，bluepy庫僅支持Linux系統下的BLE開發包bluez和Windows系統下的libbluetooth，我們需要在實際開發中進行庫的選擇。

結語

本文介紹了使用Python編寫Android BLE數據交互程序的方法。我們簡要介紹了BLE的基本概念以及Android BLE的使用方法，之後我們提供了基本的Android BLE程序和Python BLE程序。在實際開發中，我們可以根據自己的需求選取合適的工具和庫進行BLE程序的開發，從而實現智能設備與手機或電腦之間的數據交互。