Windows 8.1 低功耗蓝牙开发

1. 概述

在蓝牙4.0发布以前，给大家的直观印象就是蓝牙耳机，它就是用来满足短距离内中等带宽的音频通信需求。然而蓝牙4.0发布之后，用途就大不一样了，特别是现在物联网和可穿戴之风盛行的年代，很多小玩意都使用了它，如心率计、手环、钥匙扣等等物件，最终它能够和用户的手机、Pad以及PC等设备连接，实现五花八门的功能。为什么蓝牙4.0的用途广泛了呢？首先归功于低功耗，运行Bluetooth Low Energy的设备，一节纽扣电池可以支持其半年的时间；其次是低成本，如TI公司的CC2540蓝牙SoC售价是1美元。自iOS和Android支持蓝牙4.0 BLE以后，在今年4月份微软的BUILD 2014大会上，终于官方宣布在Windows 8.1和Windows Phone 8.1中支持蓝牙4.0 BLE，值得注意的是，目前为止，Windows 8.1 只支持GATT Client模式，而不支持GATT Server模式。下面我们就一起来了解一下如何在Windows 8.1平台上开发蓝牙 4.0 BLE的应用。

2. 设备

首先是配有蓝牙4.0的Windows 8.1系统的PC或者平板，以Surface Pro 2为例，可以打开“设备管理器”->蓝牙，查看下面的列表，如果里面有“Microsoft Bluetooth LE 枚举器”的话，如下图1所示，就说明是支持蓝牙4.0 LE的，如果没有的话，是无法搜索到蓝牙4.0 LE设备的，这时候就需要去更新系统和蓝牙驱动了。

图1

注意，在进行这一步以前，最好先去“设置”->“更改电脑设置”->“电脑和设备”->“蓝牙”中，把蓝牙打开。因为在我测试的时候发现，Surface Pro 2在蓝牙关闭的时候，不会出现“Microsoft Bluetooth LE 枚举器”这一项，如下图2所示，只有在蓝牙打开的情况下才会出现。

图2

其次，就是蓝牙4.0 BLE设备了，目前最流行的应该就是TI的CC2541 Sensor Tag，淘宝上都有卖，价格在200以内。Sensor Tag内部包含了6种传感器：IR temperature Sensor, Humidity Sensor, Pressure Sensor, Accelerometer, Gyroscope, Magnetometer。

3. 准备

如果在Windows设备上第一次使用Sensor Tag，我们还需要手动进行配对工作，这也是在Windows平台上使用蓝牙一贯以来的风格，包括以前的Windows Mobile，Windows CE，也包括现在的Windows Phone。当然，第一次使用配对成功以后，后面就不需要再配对了。首先，需要打开蓝牙开关，等待TI BLE Sensor Tag的出现，然后点击它，首次配对的PIN码为0000。如下图3所示。

图3

之后，系统会自动配置GATT服务，配置完成以后，可以去“设备管理器”->蓝牙那一项看看，你会发现里面多了很多GATT Services。如下图4所示。

图4

有关Sensor Tag提供的服务和对应的UUID，可以参考TI官方的文档：TI Development KIT。

其中用的典型的UUID包括：

Thermometer "f000aa00-0451-4000-b000-000000000000"
Accelerometer "f000aa10-0451-4000-b000-000000000000"
Humidity "f000aa20-0451-4000-b000-000000000000"
Magnetometer "f000aa30-0451-4000-b000-000000000000"
Barometer "f000aa40-0451-4000-b000-000000000000"
Gyroscope "f000aa50-0451-4000-b000-000000000000"
Key Service "0000ffe0-0000-1000-8000-00805f9b34fb"
Generic Access: 00001800-0000-1000-8000-00805f9b34fb
Generic Attribute: 00001801-0000-1000-8000-00805f9b34fb
Device Information: 0000180A-0000-1000-8000-00805f9b34fb

4. 创建应用

创建一个Windows Store应用，然后使用记事本或者在下编辑Package.appxmanifest文件，加入以下Capabilities：

<Capabilities>

<Capability Name="internetClient" />

<m2:DeviceCapability Name="bluetooth.genericAttributeProfile">

<m2:Device Id="any">

<m2:Function Type="serviceId:f000aa00-0451-4000-b000-000000000000"/>

<m2:Function Type="serviceId:F000AA10-0451-4000-B000-000000000000"/>

<m2:Function Type="serviceId:F000AA20-0451-4000-B000-000000000000"/>

<m2:Function Type="serviceId:F000AA30-0451-4000-B000-000000000000"/>

<m2:Function Type="serviceId:F000AA40-0451-4000-B000-000000000000"/>

<m2:Function Type="serviceId:F000AA50-0451-4000-B000-000000000000"/>

<m2:Function Type="serviceId:0000ffe0-0000-1000-8000-00805f9b34fb"/>

<m2:Function Type="serviceId:00001800-0000-1000-8000-00805f9b34fb"/>

<m2:Function Type="serviceId:00001801-0000-1000-8000-00805f9b34fb"/>

<m2:Function Type="serviceId:0000180A-0000-1000-8000-00805f9b34fb"/>

</m2:Device>

</m2:DeviceCapability>

</Capabilities>

然后，使用Generic Access Service来读取Sensor Tag的Device Name，代码如下：

//Find the devices that expose the service

var devices = await Windows.Devices.Enumeration.DeviceInformation.FindAllAsync(GattDeviceService.GetDeviceSelectorFromUuid(GattServiceUuids.GenericAccess));

if (devices.Count==0)

return;

//Connect to the service

var service = await GattDeviceService.FromIdAsync(devices[0].Id);

if (service == null)

return;

//Obtain the characteristic we want to interact with

var characteristic = service.GetCharacteristics(GattCharacteristic.ConvertShortIdToUuid(0x2A00))[0];

//Read the value

var deviceNameBytes=(await characteristic.ReadValueAsync()).Value.ToArray();

//Convert to string

var deviceName=Encoding.UTF8.GetString(deviceNameBytes,0,deviceNameBytes.Length);

接着，我们来看看如何读取加速度传感器等数据：

//Find the devices that expose the service

var devices = await Windows.Devices.Enumeration.DeviceInformation.FindAllAsync(GattDeviceService.GetDeviceSelectorFromUuid(new Guid("F000AA10-0451-4000-B000-000000000000")));

if (devices.Count==0)

return;

//Connect to the service

var accService = await GattDeviceService.FromIdAsync(devices[0].Id);

if (accService == null)

return;

//Get the accelerometer data characteristic

var accData = accService.GetCharacteristics(new Guid("F000AA11-0451-4000-B000-000000000000"))[0];

//Subcribe value changed

accData.ValueChanged += accData_ValueChanged;

//Set configuration to notify

await accData.WriteClientCharacteristicConfigurationDescriptorAsync(GattClientCharacteristicConfigurationDescriptorValue.Notify);

//Get the accelerometer configuration characteristic

var accConfig = accService.GetCharacteristics(new Guid("F000AA12-0451-4000-B000-000000000000"))[0];

//Write 1 to start accelerometer sensor

await accConfig.WriteValueAsync((new byte[]{1}).AsBuffer());

订阅数据变更的notifications，加速度传感器默认的数据更新频率是1秒，这个值我们也可以进行修改。

async void accData_ValueChanged(GattCharacteristic sender, GattValueChangedEventArgs args)

{

var values = (await sender.ReadValueAsync()).Value.ToArray();

var x = values[0];

var y = values[1];

var z = values[2];

}

5. 使用第三方库

大家知道，按照上面的步骤来做，自己需要写很多数据交互的代码。如果你想偷懒，可以参考一下第三方库，SebastianL在codeplex上给出了TI Sensor Tag的开源库，链接地址为：Link。目前的版本是1.2，支持Windows 8.1，据作者说支持Windows Phone 8.1的版本会很快到来。使用这个库很简单：

第一步，在新建Store应用中加入应用的Capabilities，步骤与上面第4节中的一样。

第二步，下载X2CodingLab.SensorTag库，并在项目中添加对X2CodingLab.SensorTag的引用，如下图5所示。

图5

第三步，在需要使用Sensor Tag的页面后台文件中，实例化相应的传感器，以加速度传感器为例：

Accelerometer accelerometer = new Accelerometer();

第四步，初始化传感器，调用封装好的Initialize()方法：

await accelerometer.Initialize();

如果没有配对的Sensor Tag，这里会抛出异常DeviceNotFoundException。

第五步，获取传感器数据，使用EnableSensor和DisableSensor方法来打开获取数据的开关，另外，如果获取数据结束了，最好调用DisableSensor来节省Sensor Tag的功耗。

await accelerometer.EnableSensor();

await accelerometer.DisableSensor();

使用EnableNotifications() 和 DisableNotification()来允许或者禁止数据通知：

private async void Notify()

{

await accelerometer.DisableNotifications();

await accelerometer.EnableNotifications();

accelerometer.SensorValueChanged += accelerometer_SensorValueChanged;

}

void accelerometer_SensorValueChanged(object sender, X2CodingLab.SensorTag.SensorValueChangedEventArgs e)

{

byte[] sensorData = e.RawData;

}

下面是应用运行界面图。

图6

再给出实物的图片吧，红色的是Sensor Tag。

最后，还是给出源代码工程的下载链接：Link。最近OneDrive不能用，用微盘代替一下。