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蓝牙连接 ESC/POS 热敏打印机打印（蓝牙连接篇）
- Android
- 2022-02-24
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公司的一个手机端的 CRM 项目最近要增加小票打印的功能，就是我们点外卖的时候经常会见到的那种小票。这里主要涉及到两大块的知识：
蓝牙连接及数据传输
ESC/POS 打印指令
蓝牙连接不用说了，太常见了，这篇主要介绍这部分的内容。但ESC/POS 打印指令是个什么鬼？简单说，我们常见的热敏小票打印机都支持这样一种指令，只要按照指令的格式向打印机发送指令，哪怕是不同型号品牌的打印机也会执行相同的动作。比如打印一行文本，换行，加粗等都有对应的指令，这部分内容放在下一篇介绍。
本篇主要基于官方文档，相比官方文档，省去了大段的说明，更加便于快速上手。
demo及打印指令讲解请看下篇
1. 蓝牙权限
想要使用蓝牙功能，首先要在 AndroidManifest 配置文件中声明蓝牙权限：
<manifest>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" />
...
</manifest>
BLUETOOTH 权限只允许建立蓝牙连接以及传输数据，但是如果要进行蓝牙设备发现等操作的话，还需要申请 BLUETOOTH_ADMIN 权限。
2. 初始配置
这里主要用到一个类 BluetoothAdapter。用法很简单，直接看代码：
BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();
if (mBluetoothAdapter == null) {
// Device does not support Bluetooth
}
单例模式，全局只有一个实例，只要为 null，就代表设备不支持蓝牙，那么需要有相应的处理。
如果设备支持蓝牙，那么接着检查蓝牙是否打开：
if (!mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
Intent intent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
startActivityForResult(intent, REQUEST_ENABLE_BT);
}
如果蓝牙未打开，那么执行 startActivityForResult() 后，会弹出一个对话框询问是否要打开蓝牙，点击`是`之后就会自动打开蓝牙。成功打开蓝牙后就会回调到 onActivityResult()。
除了主动的打开蓝牙，还可以监听 BluetoothAdapter.ACTION_STATE_CHANGED
广播，包含EXTRA_STATE和EXTRA_PREVIOUS_STATE两个 extra 字段，可能的取值包括 STATE_TURNING_ON, STATE_ON, STATE_TURNING_OFF, and STATE_OFF。含义很清楚了，不解释。
3. 发现设备
初始化完成之后，蓝牙打开了，接下来就是扫描附近的设备，只需要一句话：
mBluetoothAdapter.startDiscovery();
不过这样只是开始执行设备发现，这肯定是一个异步的过程，我们需要注册一个广播，监听发现设备的广播，直接上代码：
private final BroadcastReceiver mReceiver = new BroadcastReceiver() {
public void onReceive(Context context, Intent intent) {
String action = intent.getAction();
// 当有设备被发现的时候会收到 action == BluetoothDevice.ACTION_FOUND 的广播
if (BluetoothDevice.ACTION_FOUND.equals(action)) {
//广播的 intent 里包含了一个 BluetoothDevice 对象
BluetoothDevice device = intent.getParcelableExtra(BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE);
//假设我们用一个 ListView 展示发现的设备，那么每收到一个广播，就添加一个设备到 adapter 里
mArrayAdapter.add(device.getName() + "\n" + device.getAddress());
}
}
};
// 注册广播监听
IntentFilter filter = new IntentFilter(BluetoothDevice.ACTION_FOUND);
registerReceiver(mReceiver, filter); // Don't forget to unregister during onDestroy
注释已经写的很清楚了，除了 BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE 之外，还有一个 extra 字段 BluetoothDevice.EXTRA_CLASS, 可以得到一个 BluetoothClass 对象，主要用来保存设备的一些额外的描述信息，比如可以知道这是否是一个音频设备。
关于设备发现，有两点需要注意：
startDiscovery() 只能扫描到那些状态被设为 可发现 的设备。安卓设备默认是不可发现的，要改变设备为可发现的状态，需要如下操作：
Intent intent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_DISCOVERABLE);
//设置可被发现的时间，300s
intent.putExtra(BluetoothAdapter.EXTRA_DISCOVERABLE_DURATION, 300);
startActivity(intent);
执行之后会弹出对话窗询问是否允许设备被设为可发现的状态，点击`是`之后设备即被设为可发现的状态。
startDiscovery()是一个十分耗费资源的操作，所以需要及时的调用cancelDiscovery()来释放资源。比如在进行设备连接之前，一定要先调用cancelDiscovery()
4. 设备配对与连接
4.1 配对
当与一个设备第一次进行连接操作的时候，屏幕会弹出提示框询问是否允许配对，只有配对成功之后，才能建立连接。
系统会保存所有的曾经成功配对过的设备信息。所以在执行startDiscovery()之前，可以先尝试查找已配对设备，因为这是一个本地信息读取的过程，所以比startDiscovery()要快得多，也避免占用过多资源。如果设备在蓝牙信号的覆盖范围内，就可以直接发起连接了。
查找配对设备的代码如下：
Set<BluetoothDevice> pairedDevices = mBluetoothAdapter.getBondedDevices();
if (pairedDevices.size() > 0) {
for (BluetoothDevice device : pairedDevices) {
mArrayAdapter.add(device.getName() + "\n" + device.getAddress());
}
}
代码很简单，不解释了，就是调用BluetoothAdapter.getBondedDevices()得到一个 Set<BluetoothDevice> 并遍历取得已配对的设备信息。
4.2 连接
蓝牙设备的连接和网络连接的模型十分相似，都是Client-Server 模式，都通过一个 socket 来进行数据传输。那么作为一个 Android 设备，就存在三种情况：
只作为 Client 端发起连接
只作为 Server 端等待别人发起建立连接的请求
同时作为 Client 和 Server
因为是为了下一篇介绍连接热敏打印机打印做铺垫，所以这里先讲 Android 设备作为 Client 建立连接的情况。因为打印机是不可能主动跟 Android 设备建立连接的，所以打印机必然是作为 Server 被连接。
4.2.1 作为 Client 连接
首先需要获取一个 BluetoothDevice 对象。获取的方法前面其实已经介绍过了，可以通过调用 startDiscovery()并监听广播获得，也可以通过查询已配对设备获得。
通过 BluetoothDevice.createRfcommSocketToServiceRecord(UUID) 得到 BluetoothSocket 对象
通过BluetoothSocket.connect()建立连接
异常处理以及连接关闭
废话不多说，上代码：
private class ConnectThread extends Thread {
private final BluetoothSocket mmSocket;
private final BluetoothDevice mmDevice;
public ConnectThread(BluetoothDevice device) {
BluetoothSocket tmp = null;
mmDevice = device;
try {
// 通过 BluetoothDevice 获得 BluetoothSocket 对象
tmp = device.createRfcommSocketToServiceRecord(MY_UUID);
} catch (IOException e) { }
mmSocket = tmp;
}
@Override
public void run() {
// 建立连接前记得取消设备发现
mBluetoothAdapter.cancelDiscovery();
try {
// 耗时操作，所以必须在主线程之外进行
mmSocket.connect();
} catch (IOException connectException) {
//处理连接建立失败的异常
try {
mmSocket.close();
} catch (IOException closeException) { }
return;
}
doSomething(mmSocket);
}
//关闭一个正在进行的连接
public void cancel() {
try {
mmSocket.close();
} catch (IOException e) { }
}
}
device.createRfcommSocketToServiceRecord(MY_UUID) 这里需要传入一个 UUID，这个UUID 需要格外注意一下。简单的理解，它是一串约定格式的字符串，用来唯一的标识一种蓝牙服务。
Client 发起连接时传入的 UUID 必须要和 Server 端设置的一样！否则就会报错！
如果是连接热敏打印机这种情况，不知道 Server 端设置的 UUID 是什么怎么办？
不用担心，因为一些常见的蓝牙服务协议已经有约定的 UUID。比如我们连接热敏打印机是基于 SPP 串口通信协议，其对应的 UUID 是 "00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB"，所以实际的调用是这样：
device.createRfcommSocketToServiceRecord(UUID.fromString("00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB"))
其他常见的蓝牙服务的UUID大家可以自行搜索。如果只是用于自己的应用之间的通信的话，那么理论上可以随便定义一个 UUID，只要 server 和 client 两边使用的 UUID 一致即可。更多关于 UUID 的介绍可以参考这里
4.2.2 作为 Server 连接
通过BluetoothAdapter.listenUsingRfcommWithServiceRecord(String, UUID)获取一个 BluetoothServerSocket 对象。这里传入的第一个参数用来设置服务的名称，当其他设备扫描的时候就会显示这个名称。UUID 前面已经介绍过了。
调用BluetoothServerSocket.accept()开始监听连接请求。这是一个阻塞操作，所以当然也要放在主线程之外进行。当该操作成功执行，即有连接建立的时候，会返回一个BluetoothSocket 对象。
调用 BluetoothServerSocket.close() 会关闭监听连接的服务，但是当前已经建立的链接并不会受影响。
还是看代码吧:
private class AcceptThread extends Thread {
private final BluetoothServerSocket mmServerSocket;
public AcceptThread() {
BluetoothServerSocket tmp = null;
try {
// client 必须使用一样的 UUID !!!
tmp = mBluetoothAdapter.listenUsingRfcommWithServiceRecord(NAME, MY_UUID);
} catch (IOException e) { }
mmServerSocket = tmp;
}
@Override
public void run() {
BluetoothSocket socket = null;
//阻塞操作
while (true) {
try {
socket = mmServerSocket.accept();
} catch (IOException e) {
break;
}
//直到有有连接建立，才跳出死循环
if (socket != null) {
//要在新开的线程执行，因为连接建立后，当前线程可能会关闭
doSomething(socket);
mmServerSocket.close();
break;
}
}
}
public void cancel() {
try {
mmServerSocket.close();
} catch (IOException e) { }
}
}
5. 数据传输
终于经过了前面的4步，万事俱备只欠东风。而最后这一部分其实是最简单的，因为就只是简单的利用 InputStream 和OutputStream进行数据的收发。
示例代码：
private class ConnectedThread extends Thread {
private final BluetoothSocket mmSocket;
private final InputStream mmInStream;
private final OutputStream mmOutStream;
public ConnectedThread(BluetoothSocket socket) {
mmSocket = socket;
InputStream tmpIn = null;
OutputStream tmpOut = null;
//通过 socket 得到 InputStream 和 OutputStream
try {
tmpIn = socket.getInputStream();
tmpOut = socket.getOutputStream();
} catch (IOException e) { }
mmInStream = tmpIn;
mmOutStream = tmpOut;
}
public void run() {
byte[] buffer = new byte[1024]; // buffer store for the stream
int bytes; // bytes returned from read()
//不断的从 InputStream 取数据
while (true) {
try {
bytes = mmInStream.read(buffer);
mHandler.obtainMessage(MESSAGE_READ, bytes, -1, buffer)
.sendToTarget();
} catch (IOException e) {
break;
}
}
}
//向 Server 写入数据
public void write(byte[] bytes) {
try {
mmOutStream.write(bytes);
} catch (IOException e) { }
}
public void cancel() {
try {
mmSocket.close();
} catch (IOException e) { }
}
}
终于抽时间整了一个可以运行的demo出来，实现了以下功能：
检测蓝牙开启状态
显示已配对设备
连接打印机
打印测试，包括打印标题，打印两列三列文字，打印图片等
最终demo及打印的小票示例：
========================以下是原文=======================
1. 构造输出流
首先要明确一点，就是蓝牙连接打印机这种场景下，手机是 Client 端，打印机是 Server 端。
在上一篇的最后，我们从 BluetoothSocket 得到了一个OutputStream。这里我们做一层包装，得到一个OutputStreamWriter 对象：
OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(outputStream, "GBK");
这样做主要是为了后面可以直接输出字符串，不然只能输出 int 或 byte 数据；
2. 常用打印指令
手机通过蓝牙向打印机发送的都是纯字节流，那么打印机如何知道该打印的是一个文本，还是条形码，还是图片数据呢？这里就要介绍 ESC/POS 打印控制命令。
初始化打印机 ：
初始化打印机指令
在每次打印开始之前要调用该指令对打印机进行初始化。向打印机发送这条指令对应的代码就是：
protected void initPrinter() throws IOException {
writer.write(0x1B);
writer.write(0x40);
writer.flush();
}
打印文本：
没有对应指令，直接输出
protected void printText(String text) throws IOException {
writer.write(text);
writer.flush();
}
设置文本对齐方式：
文本对齐方式指令
对应的发送指令的代码：
/* 设置文本对齐方式
* @param align 打印位置 0：居左(默认) 1：居中 2：居右
* @throws IOException
*/
protected void setAlignPosition(int align) throws IOException {
writer.write(0x1B);
writer.write(0x61);
writer.write(align);
writer.flush();
}
与初始化指令不同的是，这条指令带有一个参数n。
换行和制表符：
直接输出对应的字符：
protected void nextLine() throws IOException {
writer.write("\n");
writer.flush();
}
protected void printTab(int length) throws IOException {
for (int i = 0; i < length; i++) {
writer.write("\t");
}
writer.flush();
}
这两个指令在打印订单详情的时候使用最多。尤其是制表符，可以让每一列的文字对齐。
设置行间距：
设置行间距指令
n表示行间距为n个像素点，最大值256
protected void setLineGap(int gap) throws IOException {
writer.write(0x1B);
writer.write(0x33);
writer.write(gap);
writer.flush();
}
这个指令在后面打印图片的时候会用到。
3. 打印图片
很多小票上面都会附上一个二维码，用户扫描之后，可以获得更多的信息。因为热敏打印机只能打印黑白两色，所以首先把图片转成纯黑白的，再调用图片打印指令进行打印。
3.1 打印图片指令
打印图片指令
这个指令的参数很多，一个一个来说：
m：取值十进制 0、1、32、33。设置打印精度，0、1对应每行8个点，32、33对应每行24个点，对应最高的打印精度（其实这里也没太搞清楚取值0、1或者取值32、33的区别，只要记住取值33，对应每行24个点，后面还有用）
n1, n2 : 表示图片的宽度，为什么有两个？其实只是分成了高位和低位两部分，因为每部分只有8bit，最大表示256。所以 n1 = 图片宽度 % 256，n2 = 图片宽度 / 256。假设图片宽300，那么n1=1，n2=44
d1 d2 ... dk 这部分就是转换成字节流的图像数据了
3.2 图片分辨率调整
如果分辨率过大，超过了打印机可打印的最大宽度，那么超出的部分将无法打印。我试验的这台最大宽度是 384 个像素点，超过这个宽度的数据无法被打印出来。所以在开始打印之前，我们需要调整图片的分辨率。代码如下：
/**
* 对图片进行压缩（去除透明度）
*
* @param bitmapOrg
*/
public static Bitmap compressPic(Bitmap bitmap) {
// 获取这个图片的宽和高
int width = bitmap.getWidth();
int height = bitmap.getHeight();
// 指定调整后的宽度和高度
int newWidth = 240;
int newHeight = 240;
Bitmap targetBmp = Bitmap.createBitmap(newWidth, newHeight, Bitmap.Config.ARGB_8888);
Canvas targetCanvas = new Canvas(targetBmp);
targetCanvas.drawColor(0xffffffff);
targetCanvas.drawBitmap(bitmap, new Rect(0, 0, width, height), new Rect(0, 0, newWidth, newHeight), null);
return targetBmp;
}
3.2 图片黑白化处理
因为能够打印的图像只有黑白两色，所以需要先做黑白化的处理。这一部分其实又细分为彩色图片->灰度图片，灰度图片->黑白图片两步。直接上代码：
/**
* 灰度图片黑白化，黑色是1，白色是0
*
* @param x 横坐标
* @param y 纵坐标
* @param bit 位图
* @return
*/
public static byte px2Byte(int x, int y, Bitmap bit) {
if (x < bit.getWidth() && y < bit.getHeight()) {
byte b;
int pixel = bit.getPixel(x, y);
int red = (pixel & 0x00ff0000) >> 16; // 取高两位
int green = (pixel & 0x0000ff00) >> 8; // 取中两位
int blue = pixel & 0x000000ff; // 取低两位
int gray = RGB2Gray(red, green, blue);
if (gray < 128) {
b = 1;
} else {
b = 0;
}
return b;
}
return 0;
}
/**
* 图片灰度的转化
*/
private static int RGB2Gray(int r, int g, int b) {
int gray = (int) (0.29900 * r + 0.58700 * g + 0.11400 * b); //灰度转化公式
return gray;
}
其中的灰度化转换公式是一个广为流传的公式，具体原理不明。我们直接看灰度转化为黑白的函数 px2Byte(int x, int y, Bitmap bit)。对于一个 Bitmap 中的任意一个坐标点，取出其 RGB 三色信息后做灰度化处理，然后对于灰度小于128的，用黑色表示，灰度大于128的，用白色表示。
3.3 逐行打印图片
其实打印图片和打印文本是一样的，也是一行一行的打印。直接上代码吧，注释已经尽量详细了。
/*************************************************************************
* 假设一个240*240的图片，分辨率设为24, 共分10行打印
* 每一行,是一个 240*24 的点阵, 每一列有24个点,存储在3个byte里面。
* 每个byte存储8个像素点信息。因为只有黑白两色，所以对应为1的位是黑色，对应为0的位是白色
**************************************************************************/
/**
* 把一张Bitmap图片转化为打印机可以打印的字节流
*
* @param bmp
* @return
*/
public static byte[] draw2PxPoint(Bitmap bmp) {
//用来存储转换后的 bitmap 数据。为什么要再加1000，这是为了应对当图片高度无法
//整除24时的情况。比如bitmap 分辨率为 240 * 250，占用 7500 byte，
//但是实际上要存储11行数据，每一行需要 24 * 240 / 8 =720byte 的空间。再加上一些指令存储的开销，
//所以多申请 1000byte 的空间是稳妥的，不然运行时会抛出数组访问越界的异常。
int size = bmp.getWidth() * bmp.getHeight() / 8 + 1000;
byte[] data = new byte[size];
int k = 0;
//设置行距为0的指令
data[k++] = 0x1B;
data[k++] = 0x33;
data[k++] = 0x00;
// 逐行打印
for (int j = 0; j < bmp.getHeight() / 24f; j++) {
//打印图片的指令
data[k++] = 0x1B;
data[k++] = 0x2A;
data[k++] = 33;
data[k++] = (byte) (bmp.getWidth() % 256); //nL
data[k++] = (byte) (bmp.getWidth() / 256); //nH
//对于每一行，逐列打印
for (int i = 0; i < bmp.getWidth(); i++) {
//每一列24个像素点，分为3个字节存储
for (int m = 0; m < 3; m++) {
//每个字节表示8个像素点，0表示白色，1表示黑色
for (int n = 0; n < 8; n++) {
byte b = px2Byte(i, j * 24 + m * 8 + n, bmp);
data[k] += data[k] + b;
}
k++;
}
}
data[k++] = 10;//换行
}
return data;
}
4. 总结
用两篇介绍了一个比较冷门的应用，纯粹是因为自己花了很多时间去搞懂原理，所以希望记录下来。尤其是图片打印部分，废了好多纸啊哈哈哈，一个字节操作错误，打印出来就是一堆乱码。感觉和 java 的 .class 文件很像，每一个指令占用多少位，每一位表示什么都是严格规定好的，不能超出也不能缺少。
最后希望能帮到需要的人吧，感觉网上这部分资料还是比较少的。
上一篇：查库需要的版本