關(guān)于對(duì)Bluetooth Smart藍(lán)牙騎行技術(shù)的討論

上周智能騎行系列的第一篇文章中，小碼哥介紹了自行車選手們可以如何借助Bluetooth Smart 設(shè)備提高比賽成績，大家也領(lǐng)略了智能騎行的魅力。（有些妹紙表示圖片撩人熱血，有想流口水的沖動(dòng)）本篇將繼續(xù)從開發(fā)者的視角就藍(lán)牙騎行技術(shù)展開討論。

哪些配置文件必不可少？

與騎行相關(guān)的主要配置文件包括：心率配置文件（Heart Rate Profile）、騎行速度和踩踏速率配置文件（CyclingSpeed and Cadence Profile） 、騎行功率配置文件（Cycling PowerProfile）。

心率配置文件使用通知將心率測(cè)量結(jié)果傳輸至向與之相連的GATT客戶端。通知中包括的不僅僅是心率數(shù)據(jù)，稍后小碼哥會(huì)詳細(xì)說明。騎行速度和踩踏速率配置文件也使用通知傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)通知都包含車輪轉(zhuǎn)數(shù)或（和）曲柄轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)。騎行功率配置文件也使用“通知”這一超級(jí)有用的屬性協(xié)議（AttributeProtocol）信息來傳輸數(shù)據(jù)。

BluetoothDeveloper Studio助力開發(fā)

如果你想要深入了解并著手開發(fā)，請(qǐng)點(diǎn)擊原文鏈接下載并安裝Bluetooth Developer Studio正式版。它是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟新推出的開發(fā)工具，是助力開發(fā)的神器。其龐大的配置文件、服務(wù)、特性和描述符資源庫并不局限于之前所提到的。Bluetooth Developer Studio是探索這些配置文件的絕佳工具，讓開發(fā)者能夠通過插件生成代碼，迅速進(jìn)入開發(fā)的實(shí)施。

圖1 –Bluetooth Developer Studio

可供下載的智能手機(jī)APP

許多配置文件可用的移動(dòng)應(yīng)用程序，可以下載并使用。下面列舉的三個(gè)是適用于安卓系統(tǒng)的移動(dòng)應(yīng)用程序：

Polar Beat

Wahoo 健身

北歐半導(dǎo)體BLE nRF 工具箱

開發(fā)專屬你的炫酷APP

如果你是移動(dòng)開發(fā)者，你一定會(huì)想要開發(fā)自己的Bluetooth Smart應(yīng)用，尤其是當(dāng)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟或其他設(shè)備制造商發(fā)布新的配置文件時(shí)。而且，隨意結(jié)合采用的服務(wù)和你自己自定義服務(wù)打造自己的自定義配置文件也是完全合法的。

編寫代碼的種類取決于開發(fā)所面向的平臺(tái)以及開發(fā)的是GATT客戶端還是GATT服務(wù)器。如果你編寫的是與自行車或選手身上的一種或多種類型的傳感器協(xié)同工作的GATT客戶端應(yīng)用，就需要訂閱包含所需傳感器值的特性的通知，當(dāng)通知通過BluetoothSmart從傳感器傳輸至設(shè)備時(shí)，就可以依照代碼對(duì)這些通知進(jìn)行相應(yīng)處理。

讓我們?cè)龠M(jìn)一步觀察一下這三個(gè)配置文件，然后我會(huì)陸續(xù)穿插一些代碼片段。

心率配置文件 (HRM)

這一配置文件包括一項(xiàng)強(qiáng)制性服務(wù)，即心率服務(wù)；以及一項(xiàng)選擇性服務(wù)，即設(shè)備信息服務(wù)。心率服務(wù)定義了以下幾項(xiàng)特性：

心率測(cè)量特性值可分解為若干不同的字段，因此接收此特性通知的應(yīng)用要做的第一件事就是對(duì)值數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分。我們可以從Flags 字段的首字符和0-4比特位中了解心率傳感器的更多功能，以及特性值其余部分的數(shù)據(jù)形式。例如，表示每分鐘心跳數(shù)的心率值可能是8位或16位字段，F(xiàn)lags 字段會(huì)以一個(gè)特定的通知告訴我們是哪種情況。

一個(gè)8位字段能夠保存0-225范圍的值，對(duì)于人的心率來說足夠了。一種計(jì)算心率理論最大值的方法是220-年齡，所以一個(gè)40歲的人心率理論最大值為180。但如果你要用心率測(cè)量儀給一只蜂鳥側(cè)心率，那這一數(shù)值可能在50-1260跳/每分鐘之間，就需要一個(gè)16位的值才夠。

圖2 –處理安卓系統(tǒng)中的心率通知

騎行速度和踩踏速率配置文件(CSC)

這一配置文件也有一個(gè)強(qiáng)制性的服務(wù)，即騎行速度和踩踏速率服務(wù)；以及一個(gè)選擇性的服務(wù)，即設(shè)備信息服務(wù)。CSC服務(wù)定義了以下四個(gè)特性：

CSC測(cè)量特性是應(yīng)用開發(fā)者最感興趣的，它的值也可以分解為若干個(gè)字段。首個(gè)字節(jié)包括一個(gè)Flags 字段， 前兩個(gè)字節(jié)可指示該值是否包含車輪轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)或（和）曲柄轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)。車輪轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)包括一個(gè)32位的累計(jì)車輪轉(zhuǎn)數(shù)，以及一個(gè)代表以1/1024為單位最后一次測(cè)量車輪事件的時(shí)間的16位的值。曲柄數(shù)據(jù)包括一個(gè)16位的曲柄轉(zhuǎn)數(shù)累計(jì)計(jì)數(shù)，以及一個(gè)類似的16位的最后一個(gè)事件的時(shí)間字段。有了這些數(shù)據(jù)，客戶端就能夠計(jì)算自最后一次事件的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)或踩踏的平均速度，即便藍(lán)牙連接在中間發(fā)生過中斷。如果客戶端知道車輪的圓周，那么還可以計(jì)算出自最后一次事件之后的行進(jìn)距離和平均騎行速度。

圖3 – 處理安卓系統(tǒng)中的CSC 通知

騎行功率配置文件(CPP)

這一配置文件定義了四個(gè)角色，允許通過兩種完全不同的方式使用騎行功率傳感器。通?！笆占鳌笨梢赃B接至“CP 傳感器”， 發(fā)現(xiàn)GATT服務(wù)和特性并與之互動(dòng)。但配置也可以把騎行功率傳感器設(shè)置為“CP廣播者“的角色，有一個(gè)或多個(gè)客戶端作為“CP觀察者”通過無定向不可連接的GAP廣播接收騎行功率數(shù)據(jù)。在后者的情況下，必須使用Bluetooth Smart傳輸數(shù)據(jù)，反之也可以通過藍(lán)牙BR/EDR調(diào)用CP 傳感器和收集器的角色。

請(qǐng)注意，在不同位置（如自行車左右兩側(cè)曲柄）安裝、并同時(shí)使用多個(gè)騎行速率傳感器是十分常見的。騎行功率服務(wù)的傳感器位置特性可以適應(yīng)這一情況。

這一配置文件定義了一項(xiàng)強(qiáng)制性服務(wù)（即騎行功率服務(wù)）以及兩項(xiàng)選擇性服務(wù)（即數(shù)據(jù)信息服務(wù)和電池服務(wù)）。其中騎行功率服務(wù)定義了以下5項(xiàng)特性。

以上騎行功率測(cè)量時(shí)大多數(shù)應(yīng)用都會(huì)利用的特性。通知可采用GATT用于從CP傳感器向與之相連的采集器傳輸數(shù)據(jù)。如果這一特性的服務(wù)器特性配置描述符被設(shè)置為0x01，特性就能采用GAP廣播數(shù)據(jù)包在服務(wù)數(shù)據(jù)字段中被廣播。

測(cè)試客戶端應(yīng)用

使用藍(lán)牙開發(fā)板生成模擬傳感器讀數(shù)，就可以很更簡單地測(cè)試與傳感器設(shè)備協(xié)調(diào)工作的藍(lán)牙客戶端應(yīng)用。這顯然比每次做出改動(dòng)、安裝應(yīng)用后都要親自騎車測(cè)試便利的多。雖然可能沒有親自騎車那么有趣，但的確非常便利。

我有一些來自不同制造商的開發(fā)板，如CSR（已被高通收購）、北歐半導(dǎo)體、藍(lán)兆（已被Silicon Labs收購），它們都包括心率配置文件的實(shí)施，可以生成模擬心率數(shù)據(jù)。北歐半導(dǎo)體SDK還包括CSC配置文件。創(chuàng)建常見的配置文件的模擬時(shí)，用心率配置文件做模板即簡單、又省事。

圖4 – 適用于北歐半導(dǎo)體nRF1DK的心率配置文件項(xiàng)目

另外，一個(gè)叫做LightBlue的iOS和Mac應(yīng)用能幫助開發(fā)者建立Mac、iPhone或iPad的“虛擬外圍設(shè)備”, 并支持CSC、HRM、騎行功率等多項(xiàng)配置文件。

資源

BluetoothDeveloper Studio讓開發(fā)者能夠快速啟動(dòng)開發(fā)，使用、設(shè)計(jì)服務(wù)和特性，來打造自己的解決方案。這一工具是無價(jià)的資源庫，讓開發(fā)者能夠創(chuàng)建自己的服務(wù)，并了解采用的服務(wù)器如何工作。

北歐半導(dǎo)體有一個(gè)非常不錯(cuò)的安卓應(yīng)用，同時(shí)支持心率配置文件、騎行速度和踩踏速率配置文件，以及其他配置文件。源代碼還公布于Github上：

我最初便攜的兩個(gè) Bluetooth Smart APP都是針對(duì)BlackBerry 10的心率配置文件、騎行速度和踩踏速率配置文件。兩個(gè)應(yīng)用的代碼現(xiàn)已開源（Blackberry 10 心率監(jiān)測(cè)儀，Blackberry 10 CSC 監(jiān)測(cè)儀），有需要請(qǐng)上網(wǎng)搜索或微信聯(lián)系小編。