關(guān)于對Bluetooth Smart藍牙騎行技術(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）本篇將繼續(xù)從開發(fā)者的視角就藍牙騎行技術(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)，稍后小碼哥會詳細說明。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)，請點擊原文鏈接下載并安裝Bluetooth Developer Studio正式版。它是藍牙技術(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，迅速進入開發(fā)的實施。

圖1 –Bluetooth Developer Studio

可供下載的智能手機APP

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

如果你是移動開發(fā)者，你一定會想要開發(fā)自己的Bluetooth Smart應(yīng)用，尤其是當(dāng)藍牙技術(shù)聯(lián)盟或其他設(shè)備制造商發(fā)布新的配置文件時。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，就可以依照代碼對這些通知進行相應(yīng)處理。

讓我們再進一步觀察一下這三個配置文件，然后我會陸續(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強制性服務(wù)，即心率服務(wù)；以及一項選擇性服務(wù)，即設(shè)備信息服務(wù)。心率服務(wù)定義了以下幾項特性：

心率測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值數(shù)據(jù)進行劃分。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 字段會以一個特定的通知告訴我們是哪種情況。

一個8位字段能夠保存0-225范圍的值，對于人的心率來說足夠了。一種計算心率理論最大值的方法是220-年齡，所以一個40歲的人心率理論最大值為180。但如果你要用心率測量儀給一只蜂鳥側(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強制性的服務(wù)，即騎行速度和踩踏速率服務(wù)；以及一個選擇性的服務(wù)，即設(shè)備信息服務(wù)。CSC服務(wù)定義了以下四個特性：

CSC測量特性是應(yīng)用開發(fā)者最感興趣的，它的值也可以分解為若干個字段。首個字節(jié)包括一個Flags 字段， 前兩個字節(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32位的累計車輪轉(zhuǎn)數(shù)，以及一個代表以1/1024為單位最后一次測量車輪事件的時間的16位的值。曲柄數(shù)據(jù)包括一個16位的曲柄轉(zhuǎn)數(shù)累計計數(shù)，以及一個類似的16位的最后一個事件的時間字段。有了這些數(shù)據(jù)，客戶端就能夠計算自最后一次事件的車輪轉(zhuǎn)動或踩踏的平均速度，即便藍牙連接在中間發(fā)生過中斷。如果客戶端知道車輪的圓周，那么還可以計算出自最后一次事件之后的行進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。通常“收集器”可以連接至“CP 傳感器”， 發(fā)現(xiàn)GATT服務(wù)和特性并與之互動。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，有一個或多個客戶端作為“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)，反之也可以通過藍牙BR/EDR調(diào)用CP 傳感器和收集器的角色。

請注意，在不同位置（如自行車左右兩側(cè)曲柄）安裝、并同時使用多個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強制性服務(wù)（即騎行功率服務(wù)）以及兩項選擇性服務(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項特性。

以上騎行功率測量時大多數(shù)應(yīng)用都會利用的特性。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。

測試客戶端應(yīng)用

使用藍牙開發(fā)板生成模擬傳感器讀數(shù)，就可以很更簡單地測試與傳感器設(shè)備協(xié)調(diào)工作的藍牙客戶端應(yīng)用。這顯然比每次做出改動、安裝應(yīng)用后都要親自騎車測試便利的多。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、藍兆（已被Silicon Labs收購），它們都包括心率配置文件的實施，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，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的心率配置文件項目

另外，一個叫做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、騎行功率等多項配置文件。

資源

BluetoothDeveloper Studio讓開發(fā)者能夠快速啟動開發(fā)，使用、設(shè)計服務(wù)和特性，來打造自己的解決方案。這一工具是無價的資源庫，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)體有一個非常不錯的安卓應(yīng)用，同時支持心率配置文件、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 Bluetooth Smart APP都是針對BlackBerry 10的心率配置文件、騎行速度和踩踏速率配置文件。兩個應(yīng)用的代碼現(xiàn)已開源（Blackberry 10 心率監(jiān)測儀，Blackberry 10 CSC 監(jiān)測儀），有需要請上網(wǎng)搜索或微信聯(lián)系小編。