python连接蓝牙模块 python操作蓝牙

一些Python包的坑

• pybluez 网上搜连接蓝牙，都是用的这个包。其中BLE是基于bluez的，使用的是gattlib这个包，不支持windows系统。不记得当时是因为什么放弃用它了
• bluepy 这个是第二个尝试的包，和设备连接时，每次只能收20字节的数据，设置了MTU也没用。而且它用了bluez自带的gatttool，这个工具已经废弃。最终也放弃了
• gatt(gatt-python)
  这个是通过DBUS消息来扫描和连接BLE设备的。这个包亲测可用，缺点是也只支持Linux系统。

gatt的安装

官方文档看这里。
简单来说，只要电脑上面带的有bluez，使用下面2条命令安装即可：
sudo pip3 install gattsudo apt-get install python3-dbus

我的电脑系统信息如下：

• ubantu版本 Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04)
• 终端输入bluetoothctl查看bluez版本
• 终端输入hciconfig -a查看蓝牙版本

准备BLE设备

我用了iOS上的Bluelight，设置service中的特性Lzchar支持read，write和notify。设置步骤看这篇文章。

Python实现BLE扫描

官方扫描代码示例

使用以下代码就可以扫描到所有的BLE设备。

import gatt

class AnyDeviceManager(gatt.DeviceManager):
    def device_discovered(self, device):
        print("Discovered [%s] %s" % (device.mac_address, device.alias()))

manager = AnyDeviceManager(adapter_name='hci0')
manager.start_discovery()
manager.run()

带过滤的扫描

以上官方示例在实际使用时，会在BLE设备过多的环境下扫出一大堆的设备，其实我们只想要扫到自己关心的或者待测的设备，这时，可以通过添加filter来实现。只需要改动上面代码中的start_discovery()方法即可。

1. 通过service uuid扫描（官方包中默认使用的方法）

service_uuids=['A254565F-DBA6-49A6-8CB6-5FD260A37F7B']
manager.start_discovery(service_uuids=service_uuids)

2. 扩展filter，通过alias扫描
   官方包提供的方法已经可以通过service uuid把不关心的设备都筛选掉。但是我遇到个情况，某个设备无法通过UUIDs筛选掉，这时可以考虑用其他的过滤器。bluez接口中支持的filter可以通过bluez/doc/adapter-api.txt中的void SetDiscoveryFilter(dict filter)方法来查看，我这里用Pattern。通过Pattern可以筛选出MAC地址或者device name以某个字符串开始的设备。bluez中官方说明如下：
   
   在BLE设备的SN（name）是以型号开始的场景下，使用Pattern可以筛选出感兴趣的某一型号的设备。代码更改如下：
   1） 修改gatt包中的gatt_linux.py中start_discovery方法，增加支持通过name前缀来筛选设备。
   
   2）修改扫描BLE设备时过滤方式

manager = AnyDeviceManager(adapter_name='hci0')
manager.start_discovery(alias='Lzte')
manager.run()

Python实现BLE连接和控制

1. 简单实现BLE连接
   官方包提供的连接BLE设备的代码可以看这里。运行后可以看到如下的输出：
2. BLE读写数据
   1） 事先准备好的LightBlue中BLE设备中，characteristics如图：
   
   2）实现BLE中设备属性的read

def services_resolved(self):
        super().services_resolved()
        service = next(
            s for s in self.services
            if s.uuid == 'A254565F-DBA6-49A6-8CB6-5FD260A37F7B'.lower())

        lzchar = next(
            c for c in service.characteristics
            if c.uuid == 'E4A02648-4366-4FA4-A212-21B3A040947B'.lower())

        lzchar.read_value()

    def characteristic_value_updated(self, characteristic, value):
        print("Lzchar:", value.decode("utf-8"))

运行后输出如下：

3）实现BLE设备属性改动后的notify提醒

def services_resolved(self):
        super().services_resolved()
        service = next(
            s for s in self.services
            if s.uuid == 'A254565F-DBA6-49A6-8CB6-5FD260A37F7B'.lower())

        lzchar = next(
            c for c in service.characteristics
            if c.uuid == 'E4A02648-4366-4FA4-A212-21B3A040947B'.lower())

        lzchar.enable_notifications()

    def characteristic_enable_notifications_succeeded(self, characteristic):
        super().characteristic_enable_notifications_succeeded(characteristic)
        print("[%s] notify ok" % (self.mac_address))

    def characteristic_enable_notifications_failed(self, characteristic, error):
        super().characteristic_enable_notifications_failed(characteristic, error)
        print("[%s] notify err. %s" % (self.mac_address, error))

    def characteristic_value_updated(self, characteristic, value):
        print("Lzchar:", value.decode("utf-8"))

运行后，如果notify开启成功，会提示notify ok 开启成功后，在LightBlue中的BLE设备上修改Lzchar的值，改动后，程序会自动获取到notify的消息。

输出如下：

4） 实现BLE设备的write

def services_resolved(self):
        super().services_resolved()
        service = next(
            s for s in self.services
            if s.uuid == 'A254565F-DBA6-49A6-8CB6-5FD260A37F7B'.lower())

        lzchar = next(
            c for c in service.characteristics
            if c.uuid == 'E4A02648-4366-4FA4-A212-21B3A040947B'.lower())

        lzchar.write_value('test_write'.encode())

    def characteristic_write_value_succeeded(self, characteristic):
        super().characteristic_write_value_succeeded(characteristic)
        print("[%s] wr ok" % (self.mac_address))

    def characteristic_write_value_failed(self, characteristic, error):
        super().characteristic_write_value_failed(characteristic, error)
        print("[%s] wr err %s" % (self.mac_address, error))

运行后输出如下：

查看Bluelight中BLE设备该特性的值已经变成了test_write

实际应用

流程分析

在实际使用中，BLE设备充当的是server的角色，bluez作为client根据定义的协议文档去去对BLE设备做连接和控制测试。
举个例子，BLE设备提供了2个characteristic，其中一个char1支持写入指令（eg，查询版本号的指令0xab），设备拿到指令后处理指令，并通过另一个char2（支持notify）把信息同步给监听设备。那作为客户端需要先监听char2，之后通过char1写入查询版本号指令0xab，然后会接收到notify消息，拿到设备的版本号。对照上面的代码示例，步骤如下：

1. connect
2. notifychar2
3. 起个线程做run()让client一直处于监听状态
4. 主线程处于输入指令的状态

代码示例

设备还是以Lightblue中的设备为例，更新了lzchar的属性为write，新增characteristic lzchar2，支持属性notify。

代码如下：

import gatt
import threading
import time


class AnyDeviceManager(gatt.DeviceManager):

    def device_discovered(self, device):
        print("Discovered [%s] %s" % (device.mac_address, device.alias()))

    def loop_start(self):
        self._thread = threading.Thread(target=self.run)
        self._thread.daemon = True
        self._thread.start()

    def loop_stop(self):
        self.stop()


class AnyDevice(gatt.Device):
    def __init__(self, mac_address, manager):
        self.lzchar = None
        super().__init__(mac_address, manager, managed=True)

    def connect_succeeded(self):
        super().connect_succeeded()
        print("[%s] Connected" % (self.mac_address))

    def connect_failed(self, error):
        super().connect_failed(error)
        print("[%s] Connection failed: %s" % (self.mac_address, str(error)))

    def disconnect_succeeded(self):
        super().disconnect_succeeded()
        print("[%s] Disconnected" % (self.mac_address))

    def services_resolved(self):
        super().services_resolved()
        service = next(
            s for s in self.services
            if s.uuid == 'A254565F-DBA6-49A6-8CB6-5FD260A37F7B'.lower())

        self.lzchar = next(
            c for c in service.characteristics
            if c.uuid == 'E4A02648-4366-4FA4-A212-21B3A040947B'.lower())

        lzchar2 = next(
            c for c in service.characteristics
            if c.uuid == '2AA6068E-9981-4B3B-BC8F-E6F1A6D5EAE8'.lower())

        lzchar2.enable_notifications()

    def characteristic_enable_notifications_succeeded(self, characteristic):
        super().characteristic_enable_notifications_succeeded(characteristic)
        print("[%s] notify ok" % (self.mac_address))

    def characteristic_enable_notifications_failed(self, characteristic, error):
        super().characteristic_enable_notifications_failed(characteristic, error)
        print("[%s] notify err. %s" % (self.mac_address, error))

    def characteristic_write_value_succeeded(self, characteristic):
        super().characteristic_write_value_succeeded(characteristic)
        print("[%s] wr ok" % (self.mac_address))

    def characteristic_write_value_failed(self, characteristic, error):
        super().characteristic_write_value_failed(characteristic, error)
        print("[%s] wr err %s" % (self.mac_address, error))

    def characteristic_value_updated(self, characteristic, value):
        print("[%s] noty: %s" % (self.mac_address, value))


manager = AnyDeviceManager(adapter_name='hci0')
device = AnyDevice(mac_address='BLE MAC地址', manager=manager)
device.connect()
time.sleep(1)

manager.loop_start()
while True:
    cmd = input("input a command...(press Enter to stop ble connect.)\n")
    if len(cmd) < 1:
        break
    device.lzchar.write_value(cmd.encode())
manager.loop_stop()

BLE设备连接成功后，在命令行输入qwer，查看lightblue中lzchar的值为qwer

在lightblue中设置lzchar2的值为Asdf，查看命令行输出中有新的notify提醒

输出如下：