Приложение UWP Bluetooth с низким энергопотреблением отключается на ранней стадии
Поэтому я разрабатываю приложение для ноутбуков с ОС Windows, которое подключается к датчику давления, изготовленному по заказу. Приложение подключается к устройству, а затем получает уведомления от устройства каждые 10 мс. Тогда по какой-то причине связь прекращается. Я знаю, что это проблема с моим приложением, а не с устройством, потому что при подключении к телефону у меня нет этой проблемы.
Вот главная страница, где я создаю devicewatcher и обнаруживаю устройство:
using System;
using System.Collections.ObjectModel;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Runtime.InteropServices.WindowsRuntime;
using Windows.Foundation;
using Windows.Foundation.Collections;
using Windows.UI.Core;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Controls.Primitives;
using Windows.UI.Xaml.Data;
using Windows.UI.Xaml.Input;
using Windows.UI.Xaml.Media;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;
using Windows.Devices.Bluetooth;
using Windows.Devices.Enumeration;
// The Blank Page item template is documented at https://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=402352&clcid=0x409
namespace BLEInterfaceTest
{
/// <summary>
/// An empty page that can be used on its own or navigated to within a Frame.
/// </summary>
public sealed partial class MainPage : Page
{
private DeviceWatcher deviceWatcher;
private ObservableCollection<DeviceInformation> deviceList = new ObservableCollection<DeviceInformation>();
public MainPage()
{
this.InitializeComponent();
}
protected override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
{
this.DataContext = deviceList;
deviceListView.ItemsSource = deviceList;
deviceWatcher = DeviceInformation.CreateWatcher(
"System.ItemNameDisplay:~~\"Button\"",
new string[] {
"System.Devices.Aep.DeviceAddress",
"System.Devices.Aep.IsConnected" },
DeviceInformationKind.AssociationEndpoint);
deviceWatcher.Added += DeviceWatcher_Added;
deviceWatcher.Removed += DeviceWatcher_Removed;
deviceWatcher.Start();
base.OnNavigatedTo(e);
SystemNavigationManager.GetForCurrentView().AppViewBackButtonVisibility =
AppViewBackButtonVisibility.Collapsed;
}
protected override void OnNavigatedFrom(NavigationEventArgs e)
{
deviceWatcher.Stop();
base.OnNavigatedFrom(e);
}
private async void DeviceWatcher_Removed(DeviceWatcher sender, DeviceInformationUpdate args)
{
var toRemove = (from a in deviceList where a.Id == args.Id select a).FirstOrDefault();
if (toRemove != null)
{
await this.Dispatcher.RunAsync(
Windows.UI.Core.CoreDispatcherPriority.Normal,
() => { deviceList.Remove(toRemove); });
}
}
private async void DeviceWatcher_Added(DeviceWatcher sender, DeviceInformation args)
{
await this.Dispatcher.RunAsync(
Windows.UI.Core.CoreDispatcherPriority.Normal,
() => { deviceList.Add(args); });
}
private void deviceListView_ItemClick(object sender, ItemClickEventArgs e)
{
this.Frame.Navigate(typeof(DevicePage), e.ClickedItem);
}
}
}'
Следующий код - это страница, на которой подключен датчик давления и данные считываются с устройства.
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections.ObjectModel;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Runtime.InteropServices.WindowsRuntime;
using Windows.Foundation;
using Windows.Foundation.Collections;
using Windows.UI.Core;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Controls.Primitives;
using Windows.UI.Xaml.Data;
using Windows.UI.Xaml.Input;
using Windows.UI.Xaml.Media;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;
using Windows.UI.Popups;
using Windows.Devices.Bluetooth.GenericAttributeProfile;
using Windows.Devices.Bluetooth;
using Windows.Devices.Enumeration;
using Windows.Storage.Pickers;
using Windows.Storage;
using Windows.Storage.Streams;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.ApplicationModel.Background;
// The Blank Page item template is documented at https://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=234238
namespace BLEInterfaceTest
{
/// <summary>
/// An empty page that can be used on its own or navigated to within a Frame.
/// </summary>
public sealed partial class DevicePage : Page
{
private DeviceInformation device { get; set; }
private PressureSensor pSensor { get; set; }
public static DateTime startTime { get; set; }
public ObservableCollection<DataPoint> PressureData = new ObservableCollection<DataPoint>();
public static ObservableCollection<DataPoint> inbetween;
private static TextBox txtP;
private BluetoothLEDevice leDevice;
private DispatcherTimer timer = new DispatcherTimer();
private int packetNum = 0;
public DevicePage()
{
this.InitializeComponent();
SystemNavigationManager.GetForCurrentView().BackRequested += DevicePage_BackRequested;
txtP = txtValue1;
inbetween = PressureData;
}
public static void ChangeText(string text)
{
txtP.Text = text;
}
private async void InitializePressureSensor(GattDeviceService service)
{
pSensor = new PressureSensor(service, SensorUUIDs.PressureSensorUuid);
await pSensor.EnableNotifications();
btnStart.IsEnabled = true;
}
private async void StartRecievingData()
{
try
{
leDevice = await BluetoothLEDevice.FromIdAsync(device.Id);
string selector = "(System.DeviceInterface.Bluetooth.DeviceAddress:=\"" +
leDevice.BluetoothAddress.ToString("X") + "\")";
var services = await leDevice.GetGattServicesAsync(BluetoothCacheMode.Uncached);
foreach (var service in services.Services)
{
if (service.Uuid.ToString() == SensorUUIDs.ButtonSensorServiceUuid)
{
InitializePressureSensor(service);
}
}
timer.Interval = new TimeSpan(0, 0, 0, 0, 1);
timer.Tick += Timer_Tick1;
startTime = DateTime.Now;
timer.Start();
}
catch (Exception ex)
{
var messageDialog = new MessageDialog("An error has occured Please try again. \n" + ex.Message, "Error!");
}
}
public async void UpdateAllData()
{
while (pSensor != null && pSensor.MorePacketsAvailable)
{
int[] values = await pSensor.GetPressure();
int packetNumber = values[0];
if (packetNumber > packetNum)
{
packetNum = packetNumber;
txtValue1.Text = Convert.ToString(values[1]);
txtValue2.Text = Convert.ToString(values[5]);
for (int i = 1; i < 5; i++)
{
PressureData.Add(new DataPoint(DateTime.Now - startTime, packetNumber, ((i-1)*2.5 + 10*packetNumber), values[i], values[i + 4]));
}
}
}
}
private void Timer_Tick1(object sender, object e)
{
UpdateAllData();
}
private async void PairToDevice()
{
if (device.Pairing.CanPair)
{
var customPairing = device.Pairing.Custom;
customPairing.PairingRequested += CustomPairing_PairingRequested;
var result = await customPairing.PairAsync(DevicePairingKinds.ConfirmOnly);
customPairing.PairingRequested -= CustomPairing_PairingRequested;
if ((result.Status == DevicePairingResultStatus.Paired) || (result.Status == DevicePairingResultStatus.AlreadyPaired))
{
/*while (device.Pairing.IsPaired == false)
{
device = await DeviceInformation.CreateFromIdAsync(device.Id);
}*/
StartRecievingData();
}
}
else if (device.Pairing.IsPaired)
{
StartRecievingData();
}
}
private void CustomPairing_PairingRequested(DeviceInformationCustomPairing sender, DevicePairingRequestedEventArgs args)
{
args.Accept();
}
protected override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
{
btnSave.Content = "Save";
btnStop.IsEnabled = false;
btnStart.IsEnabled = false;
this.DataContext = PressureData;
device = (DeviceInformation)e.Parameter;
PairToDevice();
//StartRecievingData();
base.OnNavigatedTo(e);
Frame rootFrame = Window.Current.Content as Frame;
if (rootFrame.CanGoBack)
{
SystemNavigationManager.GetForCurrentView().AppViewBackButtonVisibility =
AppViewBackButtonVisibility.Visible;
}
}
private void DevicePage_BackRequested(object sender, BackRequestedEventArgs eventArgs)
{
Frame rootFrame = Window.Current.Content as Frame;
if (rootFrame == null)
{
return;
}
// Navigate back if possible, and if the event has already been handled
if (rootFrame.CanGoBack && eventArgs.Handled ==false)
{
eventArgs.Handled = true;
rootFrame.GoBack();
}
}
private async void btnSave_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
timer.Stop();
var picker = new FileSavePicker();
picker.SuggestedStartLocation = PickerLocationId.DocumentsLibrary;
picker.FileTypeChoices.Add("CSV", new List<string>() { ".csv" });
StorageFile file = await picker.PickSaveFileAsync();
if (file != null)
{
var stream = await file.OpenAsync(FileAccessMode.ReadWrite);
using (IOutputStream outputStream = stream.GetOutputStreamAt(0))
{
using (var writer = new DataWriter(outputStream))
{
foreach (DataPoint p in PressureData)
{
string text = p.TimeStamp.ToString() + "," + p.PacketNumber.ToString() + "," + p.InternalTimestamp.ToString() + "," + p.PressureValue1.ToString() + "," + p.PressureValue2.ToString() + "\n";
writer.WriteString(text);
}
await writer.StoreAsync();
await writer.FlushAsync();
}
}
stream.Dispose();
}
}
private async void btnStart_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
if (pSensor != null)
{
btnStop.IsEnabled = true;
btnStart.IsEnabled = false;
startTime = DateTime.Now;
if (pSensor != null)
{
await pSensor.BeginCollecting();
}
}
}
private async void btnStop_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
btnStart.IsEnabled = true;
btnStop.IsEnabled = false;
if (pSensor != null)
{
await pSensor.StopCollecting();
}
}
}
}
Здесь я определяю свой класс SensorBase и PressureSensor, который обрабатывает соединение с устройством:
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.Devices.Bluetooth;
using Windows.Devices.Bluetooth.GenericAttributeProfile;
using Windows.Storage.Streams;
using Windows.Devices.Enumeration;
namespace BLEInterfaceTest
{
public static class SensorUUIDs
{
private static readonly string _packetUuid = "0000a043-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
private static readonly string _buttonSensorServiceUuid = "0000a042-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
private static readonly string _sensorStateUuid = "0000a044-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
public static string PressureSensorUuid
{
get { return _packetUuid; }
}
public static string ButtonSensorServiceUuid
{
get { return _buttonSensorServiceUuid; }
}
public static string SensorStateUuid
{
get { return _sensorStateUuid; }
}
}
public class SensorBase : IDisposable
{
protected GattDeviceService deviceService;
protected string sensorDataUuid;
protected Queue<byte[]> fifoBuffer;
protected bool isNotificationSupported = false;
public bool newData = false;
private GattCharacteristic dataCharacteristic;
public SensorBase(GattDeviceService dataService, string sensorDataUuid)
{
this.deviceService = dataService;
this.sensorDataUuid = sensorDataUuid;
fifoBuffer = new Queue<byte[]>(20);
}
public bool MorePacketsAvailable
{
get
{
if (fifoBuffer.Count > 0)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
}
public virtual async Task EnableNotifications()
{
GattCharacteristicsResult result = await deviceService.GetCharacteristicsAsync();
foreach (var test in result.Characteristics)
{
string t = test.Uuid.ToString();
}
isNotificationSupported = true;
dataCharacteristic = (await deviceService.GetCharacteristicsForUuidAsync(
new Guid(sensorDataUuid))).Characteristics[0];
dataCharacteristic.ValueChanged += dataCharacteristic_ValueChanged;
GattCommunicationStatus status = await dataCharacteristic.WriteClientCharacteristicConfigurationDescriptorAsync(
GattClientCharacteristicConfigurationDescriptorValue.Notify);
var currentDescriptorValue = await dataCharacteristic.ReadClientCharacteristicConfigurationDescriptorAsync();
if (currentDescriptorValue.Status != GattCommunicationStatus.Success
|| currentDescriptorValue.ClientCharacteristicConfigurationDescriptor != GattClientCharacteristicConfigurationDescriptorValue.Notify)
{
GattCommunicationStatus status2 = await dataCharacteristic.WriteClientCharacteristicConfigurationDescriptorAsync(
GattClientCharacteristicConfigurationDescriptorValue.Notify);
}
}
public virtual async Task DisableNotifications()
{
newData = false;
isNotificationSupported = false;
dataCharacteristic = (await deviceService.GetCharacteristicsForUuidAsync(
new Guid(sensorDataUuid))).Characteristics[0];
dataCharacteristic.ValueChanged -= dataCharacteristic_ValueChanged;
GattCommunicationStatus status = await dataCharacteristic.WriteClientCharacteristicConfigurationDescriptorAsync(GattClientCharacteristicConfigurationDescriptorValue.None);
}
protected async Task<byte[]> ReadValue()
{
if (!isNotificationSupported)
{
if (dataCharacteristic == null)
{
dataCharacteristic = (await deviceService.GetCharacteristicsForUuidAsync(
new Guid(sensorDataUuid))).Characteristics[0];
}
GattReadResult readResult = await dataCharacteristic.ReadValueAsync();
byte[] data = new byte[readResult.Value.Length];
DataReader.FromBuffer(readResult.Value).ReadBytes(data);
fifoBuffer.Enqueue(data);
}
return fifoBuffer.Dequeue();
}
protected async Task WriteByteArray(string characteristicUuid, byte[] value)
{
GattCharacteristic writeCharacteristic = (await deviceService.GetCharacteristicsForUuidAsync(
new Guid(characteristicUuid))).Characteristics[0];
var writer = new DataWriter();
writer.WriteBytes(value);
var res = await writeCharacteristic.WriteValueAsync(writer.DetachBuffer(), GattWriteOption.WriteWithoutResponse);
}
private void dataCharacteristic_ValueChanged(GattCharacteristic sender, GattValueChangedEventArgs args)
{
byte[] data = new byte[args.CharacteristicValue.Length];
DataReader.FromBuffer(args.CharacteristicValue).ReadBytes(data);
fifoBuffer.Enqueue(data);
newData = true;
}
public async void Dispose()
{
await DisableNotifications();
}
}
public class PressureSensor: SensorBase
{
public PressureSensor(GattDeviceService dataService, string sensorDataUuid)
: base(dataService, sensorDataUuid)
{
}
public async Task BeginCollecting()
{
await WriteByteArray(SensorUUIDs.SensorStateUuid, new byte[] { 0x01 });
}
public async Task<int[]> GetPressure()
{
byte[] data = await ReadValue();
if (data != null)
{
int[] values = new int[9];
values[0] = (int)BitConverter.ToInt32(data, 0);
for (int i = 1; i < values.Length; i++)
{
values[i] = (int)BitConverter.ToInt16(data, 2 * i + 2);
}
return values;
}
else
{
return new int[] { 0 };
}
}
public async Task StopCollecting()
{
await WriteByteArray(SensorUUIDs.SensorStateUuid, new byte[] { 0x00 });
}
}
}
Вот класс DataPoint, который я использую для организации данных, полученных от датчика давления:
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.ComponentModel;
using System.Runtime.CompilerServices;
namespace BLEInterfaceTest
{
public class DataPoint : INotifyPropertyChanged
{
private TimeSpan _timestamp;
private int _packetNumber;
private double _internalTimestamp;
private int _pressure1;
private int _pressure2;
public event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;
public TimeSpan TimeStamp
{
get { return _timestamp; }
set
{
_timestamp = value;
this.NotifyPropertyChanged();
}
}
public int PacketNumber
{
get { return _packetNumber; }
set
{
_packetNumber = value;
this.NotifyPropertyChanged();
}
}
public double InternalTimestamp
{
get { return _internalTimestamp; }
set
{
_internalTimestamp = value;
this.NotifyPropertyChanged();
}
}
public int PressureValue1
{
get { return _pressure1; }
set
{
_pressure1 = value;
this.NotifyPropertyChanged();
}
}
public int PressureValue2
{
get { return _pressure2; }
set
{
_pressure2 = value;
this.NotifyPropertyChanged();
}
}
public DataPoint(TimeSpan time,int packetNumber, double internalTimestamp, int pressure1, int pressure2)
{
_timestamp = time;
_packetNumber = packetNumber;
_internalTimestamp = internalTimestamp;
_pressure1 = pressure1;
_pressure2 = pressure2;
}
private void NotifyPropertyChanged([CallerMemberName] string propertyName = "")
{
if (!string.IsNullOrEmpty(propertyName))
{
PropertyChanged(this, new PropertyChangedEventArgs(propertyName));
}
}
}
}
Я тщательно исследовал это, и все, что я мог найти, это помочь в том, как инициировать отключение. У меня противоположная проблема. На одной из найденных мной страниц было указано, что проблема может быть вызвана тем, что устройство неправильно хранит состояние соединения, но я проверил это и инициализировал устройство, чтобы сохранить состояние соединения.
Интересно, что если я не подключу устройство к компьютеру до того, как попытаюсь прочитать с него информацию, у меня не возникнет проблемы. Соединение никогда не останавливается случайным образом. Но когда я делаю это, компьютер не получает каждый пакет данных, отправленных с сенсорного устройства. Он получит один или два пакета, а затем пропустит пять или шесть пакетов. Если я подключу устройство, я получу каждый пакет, но соединение будет случайно разорвано.
Так что мой вопрос в два раза, я думаю. Как предотвратить прерывание соединения при сопряжении устройства? Или, в качестве альтернативы, есть ли способ, позволяющий приложению получать каждый пакет данных, когда он не связан?
ОБНОВИТЬ
Я понял, что должен включить больше информации о моем периферийном устройстве датчика на случай, если ошибка в этом коде. В настоящее время я разрабатываю быстрое прототипирование этого датчика, прежде чем перейти к разработке встроенной версии. Для этого я использую BLE Nano 1 от RedBearLabs в качестве удобного прототипа. Я программирую это устройство с помощью онлайн-компилятора MBED. Я включил библиотеки nRF51822 и BLE_API для связи Bluetooth с низким энергопотреблением.
ОБНОВЛЕНИЕ 2 Итак, после дополнительных исследований того, что является причиной проблемы, я обнаружил, что разъединение происходит, когда интервал соединения и сборка мусора поколения 2 происходят одновременно. В UWP сборщик мусора может приостановить поток пользовательского интерфейса для сборок второго поколения. (см. здесь)
Я думаю, что если поток приостанавливается в начале интервала соединения, то центральное устройство не может инициировать соединение с периферийным устройством, и поэтому периферийное устройство думает, что клиент больше не слушает (подробнее о том, как работают соединения BLE),
Я обнаружил это, выяснив, что именно необходимо для восстановления соединения после случайного прерывания. Я начал со всего процесса подключения и сократил его до этого:
public async Task ReconnectDevice()
{
GattCommunicationStatus status = await dataCharacteristic.WriteClientCharacteristicConfigurationDescriptorAsync(
GattClientCharacteristicConfigurationDescriptorValue.Notify);
await WriteByteArray(SensorUUIDs.SensorStateUuid, new byte[] { 0x01 });
}
Поскольку мои объекты BluetoothLEDevice, GattService и GattCharacteristic не утилизируются, все, что мне нужно, это повторно подписаться на уведомления и записать 1 на устройство, чтобы оно снова начало собирать данные.
С тех пор как я обнаружил это, я значительно сократил объем выделяемой памяти в своем приложении, и время для сбора gen2 сократилось в среднем до 5 мс. Кроме того, время до отключения соединения увеличилось примерно до 4-5 секунд.
UWP имеет GattCharacteristicNotificationTrigger для получения уведомлений в BackgroundTask, но у меня никогда не было большого успеха при включении фоновых задач в UWP.
Я думаю, что затем я попытаюсь включить windows.devices в приложение WPF, где, я думаю, у меня будет больше шансов заставить его работать.
2 ответа
Итак, после того, как я попробовал разные идеи, я, наконец, наткнулся на решение своей проблемы. Мне пришлось сделать 2 изменения:
Использовали непарное соединение вместо спаренного соединения. Это решило проблему разрыва соединения внезапно.
Увеличен интервал соединения до 40 мс. По какой-то причине, когда я сделал это, я получил все данные, и у меня больше не было проблем. Если значение меньше 40 мс, это приводит к потере информации при обмене данными с устройством Windows (мне пришлось внести это изменение в код C, работающий на моих датчиках).
Я использовал устройства в течение 2 месяцев после внесения этих изменений, и у меня не было никаких проблем.
Мне кажется, что эти проблемы связаны с перечислением BluetoothCacheMode. Это указывает, должны ли определенные методы Bluetooth API работать со значениями, кэшированными в системе, или извлекать эти значения из устройства Bluetooth. Использование атрибута BluetoothCacheMode.Uncached позволяет службе обновлять атрибуты при необходимости. Если устройство сопряжено, то BluetoothCacheMode не нужен (я думаю, BluetoothCacheMode.Cached используется по умолчанию). В вашем коде строка:
var services = await leDevice.GetGattServicesAsync(BluetoothCacheMode.Uncached);
Может быть причиной потери соединения при сопряжении.
GetGattServicesAsync (), GetCharacteristicsAsync () и ReadValueAsync() должны иметь атрибут BluetoothCacheMode.Uncached, если они не сопряжены, когда используется сопряжение по умолчанию или BluetoothCacheMode.Cached. См. https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/apps/dn263758.aspx.