Qt开发上位机建立BLE通讯

最近在做一个具有低功耗蓝牙BLE通讯功能的Windows上位机软件，在网上学习了许多BLE相关的知识、看了许多相关博客并参考了官方例程后总结出了使用Qt建立BLE通讯的步骤，附带相关源码，分享给网友

开发环境

我使用的Qt版本是5.15，使用的CMake构建项目。

整体开发使用的IDE是Qt Creator，采用的方式是基于widgets的ui设计界面、C++写逻辑的方式。

编译使用的是Desktop Qt 5.15.2 MINGW 64-bit

CMake配置

BLE低功耗蓝牙通讯需要用到Qt的蓝牙模块，需要添加Bluetooth模块：

find_package(QT NAMES Qt6 Qt5 REQUIRED COMPONENTS Core Widgets Bluetooth)
find_package(Qt${QT_VERSION_MAJOR} REQUIRED COMPONENTS Core Widgets Bluetooth)

在add_executable之后设置target_link_libraries：

target_link_libraries(bluetooth_serial_host_computer PRIVATE
    Qt${QT_VERSION_MAJOR}::Core
    Qt${QT_VERSION_MAJOR}::Widgets
    Qt${QT_VERSION_MAJOR}::Bluetooth)

包含头文件

#include <QBluetoothDeviceDiscoveryAgent> //发现设备
#include <QBluetoothUuid>                 //蓝牙uuid
#include <QBluetoothDeviceInfo>           //设备信息
#include <QLowEnergyController>           //ble controller
#include <QLowEnergyDescriptor>           //ble 描述符
#include <QLowEnergyService>              //ble 服务
#include <QLowEnergyCharacteristic>       //ble特性

建立BLE通讯的步骤

建立BLE通讯的大体步骤可参考下图：

接下来，我们将每个步骤进行详细讲解。

搜索蓝牙设备Device并连接

搜索蓝牙设备用到了BluetoothDeviceDiscoveryAgent，我们先在构造函数中创建对象并连接上信号与槽：

m_deviceDiscoveryAgentPtr = new QBluetoothDeviceDiscoveryAgent(this); //创建对象
connect(m_deviceDiscoveryAgentPtr, &QBluetoothDeviceDiscoveryAgent::deviceDiscovered, this, &MainWindow::deviceDiscoveredSlot); //发现了一个设备
void (QBluetoothDeviceDiscoveryAgent:: *deviceDiscoveryErrorOccurred)(QBluetoothDeviceDiscoveryAgent::Error) = &QBluetoothDeviceDiscoveryAgent::error;//有重载
connect(m_deviceDiscoveryAgentPtr, deviceDiscoveryErrorOccurred, this, &MainWindow::deviceDiscoveryErrorOccurredSlot); //设备发现出现错误
connect(m_deviceDiscoveryAgentPtr, &QBluetoothDeviceDiscoveryAgent::finished, this, &MainWindow::deviceDiscoveryFinishedSlot); //设备发现结束

开始搜索BLE设备：

void MainWindow::on_searchButton_clicked() //点击搜索按钮
{
    //设备列表中只保存本次搜索得到的设备信息;每次搜索开始时先清空列表,再在槽函数中添加本次搜索到的设备信息
    m_devInfoList.clear();
    //如果已经搜索过一次,列表中item数量就可能大于1;再次搜索需要先清空列表,将标题重新添加进去
    if(ui->devInfoListWidget->count() > 1)
    {
        ui->devInfoListWidget->clear(); //先清空列表
        //再重新添加标题
        QString devLabel = QString("地址 设备名称");
        QListWidgetItem* devItemPtr = new QListWidgetItem(devLabel);
        ui->devInfoListWidget->addItem(devItemPtr);
    }
    m_deviceDiscoveryAgentPtr->start(QBluetoothDeviceDiscoveryAgent::LowEnergyMethod); //以LowEnergyMethod进行搜索,搜索低功耗蓝牙
    //statusBar显示提示信息.
    ui->statusbar->showMessage("设备搜索中......"); //timeout为默认值 0 时，信息一直显示，直到被覆盖
    ui->searchButton->setEnabled(false);//搜索过程中,search按钮不可点击
}

devInfoListWidget是我自己在ui中添加的一个列表组件，用来显示搜索到的设备信息：

发现一个设备的槽函数：

void MainWindow::deviceDiscoveredSlot(const QBluetoothDeviceInfo &devInfo)
{
    //名称不为空且是低功耗蓝牙,则考虑加进去
	if(devInfo.coreConfigurations() & QBluetoothDeviceInfo::LowEnergyCoreConfiguration)
	{
    	//将搜索到的设备的address与name存到一个label中
    	QString label = QString("%1 %2").arg(devInfo.address().toString(), devInfo.name());
    	//在listwidget中搜索是否已经有这个设备
    	QList<QListWidgetItem *> itemPtrList = ui->devInfoListWidget->findItems(label, Qt::MatchExactly);
    	//防止重复
    	if (itemPtrList.empty()) //如果listwidget中没有搜索到的这个设备
    	{
        	QListWidgetItem* itemPtr = new QListWidgetItem(label);
		    ui->devInfoListWidget->addItem(itemPtr);//将设备的信息添加到listwidget中
         	m_devInfoList.append(devInfo); //设备信息添加到自己的列表中
    	}
	} 
}

设备发现出现错误的槽函数：

void MainWindow::deviceDiscoveryErrorOccurredSlot(QBluetoothDeviceDiscoveryAgent::Error error)
{
    QMessageBox::warning(this, "警告", "搜索蓝牙设备发生错误，请检查蓝牙是否开启！");
}

设备发现结束的槽函数：

void MainWindow::deviceDiscoveryFinishedSlot()
{
    //statusBar显示提示信息
    ui->statusbar->showMessage("设备搜索完成,请双击设备进行连接!");
    ui->searchButton->setEnabled(true);//搜索完成后,可以再次点击搜索按钮
}

接下来双击设备列表中的设备进行连接：

void MainWindow::on_devInfoListWidget_itemDoubleClicked(QListWidgetItem *itemPtr)
{
    //设备被双击后需要先清空Uuid List,只保存当前选中设备的服务Uuid
    m_uuidList.clear();
    //如果service List中已经有了搜索出的服务
    if(ui->serviceInfoListWidget->count() > 1)
    {
        ui->serviceInfoListWidget->clear(); //先清空列表
        //再重新添加标题
        QString serviceLabel = QString("服务Uuid");
        QListWidgetItem* serviceItemPtr = new QListWidgetItem(serviceLabel);
        ui->serviceInfoListWidget->addItem(serviceItemPtr);
    }
    //创建蓝牙控制器; currentRow()-1是因为自己手动添加了一行标题
    m_bleControllerPtr = QLowEnergyController::createCentral(m_devInfoList.at(ui->devInfoListWidget->currentRow() - 1)); //central相当于是主机
    //bleController的槽函数
    connect(m_bleControllerPtr, &QLowEnergyController::connected, this, &MainWindow::bleDeviceConnectedSlot); //设备连接成功
    void (QLowEnergyController:: *bleDeviceConnectionErrorOccurred)(QLowEnergyController::Error) = &QLowEnergyController::error;//有重载
    connect(m_bleControllerPtr, bleDeviceConnectionErrorOccurred, this, &MainWindow::bleDeviceConnectionErrorOccurredSlot); //设备连接出现错误
    connect(m_bleControllerPtr, &QLowEnergyController::serviceDiscovered, this, &MainWindow::bleServiceDiscoveredSlot); //发现一个服务
    connect(m_bleControllerPtr, &QLowEnergyController::discoveryFinished, this, &MainWindow::bleServiceDiscoveryFinishedSlot); //服务发现结束
    //创建后控制器中对应的设备就是我们在列表中选中的设备
    ui->statusbar->showMessage("正在连接设备......");
    m_bleControllerPtr->connectToDevice(); //连接设备       

}

设备连接出现错误的槽函数：

void MainWindow::bleDeviceConnectionErrorOccurredSlot(QLowEnergyController::Error error)
{
    QMessageBox::warning(this, "警告", "连接低功耗蓝牙设备发生错误!");
}

搜索蓝牙设备并连接的大致步骤如上。

搜索设备Device的服务Service

在设备连接成功的槽函数中搜索服务：

void MainWindow::bleDeviceConnectedSlot()
{
    ui->statusbar->showMessage("低功耗蓝牙设备连接成功!");
    m_bleControllerPtr->discoverServices(); //开始搜索服务
}

发现一个服务的槽函数：

void MainWindow::bleServiceDiscoveredSlot(QBluetoothUuid serviceUuid)
{
    QLowEnergyService* servicePtr = m_bleControllerPtr->createServiceObject(serviceUuid); //创建服务对象
    //将搜索到的服务的Uuid存到一个label中
    QString label = QString("%1").arg(serviceUuid.toString());
    //在listwidget中搜索是否已经有这个服务
    QList<QListWidgetItem *> itemPtrList = ui->serviceInfoListWidget->findItems(label, Qt::MatchExactly);
    //防止重复
    if (itemPtrList.empty()) //如果listwidget中没有搜索到的这个服务
    {
        QListWidgetItem* itemPtr = new QListWidgetItem(label);
        ui->serviceInfoListWidget->addItem(itemPtr);//将设备的信息添加到listwidget中
        m_uuidList.append(serviceUuid); //设备信息添加到自己的列表中
    }
}

serviceInfoListWidget是我自己在ui中添加的一个列表组件，用来显示服务的uuid：

服务搜索结束的槽函数：

void MainWindow::bleServiceDiscoveryFinishedSlot()
{
    ui->statusbar->showMessage("服务搜索结束,请双击服务进行监听");
}

选择服务的特性characteristic，写描述符，建立通讯

双击服务列表，进行相应操作：

void MainWindow::on_serviceInfoListWidget_itemDoubleClicked(QListWidgetItem *itemPtr) //双击服务
{
    QBluetoothUuid serviceUuid = m_uuidList.at(ui->serviceInfoListWidget->currentRow() - 1); //当前选中的服务的Uuid
    //创建服务
    m_bleServicePtr = m_bleControllerPtr->createServiceObject(QBluetoothUuid(serviceUuid), this);
    //判断创建服务是否出现错误
    if(m_bleServicePtr == NULL)
    {
        QMessageBox::warning(this,"警告","创建服务失败!");
    }
    else //创建服务成功;创建服务就相当于连接上了,执行完ServiceStateChangedSlot之后就可以正常通信了
    {
        //搜索之前先清空,只保存当前服务的特性
        m_characteristicSelectionDialog->clearCharacteristic();
        //特性选择对话框出现
        m_characteristicSelectionDialog->show();
        //监听服务状态变化
        connect(m_bleServicePtr, &QLowEnergyService::stateChanged, this, &MainWindow::bleServiceStateChangedSlot);
        //服务的characteristic变化,有数据传来
        connect(m_bleServicePtr, &QLowEnergyService::characteristicChanged, this, &MainWindow::bleServiceCharacteristicChangedSlot);
        //错误处理
        void (QLowEnergyService:: *bleServiceErrorOccurred)(QLowEnergyService::ServiceError) = &QLowEnergyService::error;//有重载
        connect(m_bleServicePtr, bleServiceErrorOccurred, this, &MainWindow::bleServiceErrorOccurredSlot);
        //描述符成功被写
        connect(m_bleServicePtr, &QLowEnergyService::descriptorWritten, this, &MainWindow::bleServiceDescriptorWrittenSlot);
        //触发服务详情发现函数
        m_bleServicePtr->discoverDetails();

    }
}

服务状态变化的槽函数：

void MainWindow::bleServiceStateChangedSlot(QLowEnergyService::ServiceState state) //服务状态改变
{
    //发现服务
    if(m_bleServicePtr->state() == QLowEnergyService::ServiceDiscovered)
    {
        QList<QLowEnergyCharacteristic> list = m_bleServicePtr->characteristics();
        for(int i = 0; i < list.count(); i++)
        {
            //当前位置的bleCharacteritic
            m_bleCharacteristic = list.at(i);

            //如果当前characteristic有效
            if(m_bleCharacteristic.isValid())
            {
                //将有效特性添加到列表中
                m_characteristicSelectionDialog->addCharacteristic(m_bleCharacteristic);
                //描述符定义特征如何由特定客户端配置
                QLowEnergyDescriptor descriptor = m_bleCharacteristic.descriptor(QBluetoothUuid::DescriptorType::ClientCharacteristicConfiguration);

                //如果descriptor有效
                if(descriptor.isValid())
                {
                    m_bleServicePtr->writeDescriptor(descriptor, QByteArray::fromHex("FEE1"));
                }
            }
        }
    }

}

当描述符descriptor被正确地写入值之后，BLE通讯就成功建立。

特性发生变化的槽函数，处理接收数据：

void MainWindow::bleServiceCharacteristicChangedSlot(QLowEnergyCharacteristic characteristic, QByteArray value)
{
    if(m_isClose == false) //数据接收框在打开的状态,显示接收的数据
    {
        //直接将这个ByteArray放进去的话中文会显示乱码
        QTextCodec* textCodePtr = QTextCodec::codecForName("GBK");
        QString str = textCodePtr->toUnicode(value);
        ui->btDataRevTextBrowser->insertPlainText(str); //不自动换行
    }
    if(ui->btRealtimeCurveCheckBox->checkState() == Qt::Checked) //勾选实时曲线,使能
    {
        qDebug() << value.toDouble();
        ui->btRealtimeCurveWidget->dataReceived(value.toDouble());
    }
}

发送数据（发送数据需要使用具有write或者writeNoResponse权限的特性）：

QString text = ui->btSendDataTextEdit->toPlainText(); //当前输入框中的数据
if(text.indexOf("\n") != -1)
{
    text.replace("\n","\r\n"); //更换为有效回车
}
m_bleServicePtr->writeCharacteristic(m_characteristicSelectionDialog->getWriteCharacteristic(), text.toUtf8(), QLowEnergyService::WriteWithResponse); //发送数据

BLE服务发生错误的槽函数：

void MainWindow::bleServiceErrorOccurredSlot(QLowEnergyService::ServiceError error) //低功耗蓝牙服务产生错误
{
    if(QLowEnergyService::NoError == error)
    {
        qDebug() <<"没有发生错误。";
    }
    if(QLowEnergyService::OperationError== error)
    {
        QMessageBox::warning(this, "错误", "当服务没有准备好时尝试进行操作!");
    }
    if(QLowEnergyService::CharacteristicReadError== error)
    {
        QMessageBox::warning(this, "错误", "尝试读取特征值失败!");
    }
    if(QLowEnergyService::CharacteristicWriteError== error)
    {
        QMessageBox::warning(this, "错误", "尝试为特性写入新值失败!");
    }
    if(QLowEnergyService::DescriptorReadError== error)
    {
        QMessageBox::warning(this, "错误", "尝试读取描述符值失败!");
    }
    if(QLowEnergyService::DescriptorWriteError== error)
    {
        QMessageBox::warning(this, "错误", "尝试向描述符写入新值失败!");
    }
    if(QLowEnergyService::UnknownError== error)
    {
        QMessageBox::warning(this, "错误", "与服务交互时发生未知错误!");
    }
}
DescriptorReadError== error)
    {
        QMessageBox::warning(this, "错误", "尝试读取描述符值失败!");
    }
    if(QLowEnergyService::DescriptorWriteError== error)
    {
        QMessageBox::warning(this, "错误", "尝试向描述符写入新值失败!");
    }
    if(QLowEnergyService::UnknownError== error)
    {
        QMessageBox::warning(this, "错误", "与服务交互时发生未知错误!");
    }
}

以上即为使用Qt建立BLE通讯的基本步骤。