基于藍(lán)牙與Android設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Android 操作系統(tǒng)是Google 基于開(kāi)源的Linux 操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的移動(dòng)操作平臺(tái)，由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，是專門為移動(dòng)終端打造的開(kāi)放和完整的移動(dòng)操作系統(tǒng)。Android 軟件平臺(tái)包含Java Application、Application Framework、Libraries、Runtime 與LinuxOS 等層。用戶可根據(jù)產(chǎn)品的不同需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行裁剪，從而適應(yīng)多樣的產(chǎn)品需求，Android 系統(tǒng)就如同積木一樣通過(guò)組合不同的軟硬件實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用產(chǎn)品。藍(lán)牙的出現(xiàn)為移動(dòng)設(shè)備的互聯(lián)提供了一個(gè)方便快捷的選擇，Android 設(shè)備和以單片機(jī)為處理器的控制器聯(lián)接使兩者的功能得到了互補(bǔ)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于藍(lán)牙與Android 設(shè)備的控制系統(tǒng)由Android 設(shè)備和下位機(jī)組成。Android設(shè)備（Android 智能手機(jī)或Android 平板）安裝有專門編制的軟件。下位機(jī)采用ATMEL 公司高效的RISC 內(nèi)核的ATMEGA 8 為核心，并集成藍(lán)牙串行模塊為通信信道。Android 設(shè)備通過(guò)藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)送至下位機(jī)，下位機(jī)根據(jù)接收到數(shù)據(jù)，完成相應(yīng)的控制功能，并將處理結(jié)果上傳，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)控制功能。下位機(jī)只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和實(shí)現(xiàn)控制功能，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理在Android 設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。

2 下位機(jī)設(shè)計(jì)

2.1 控制模塊的設(shè)計(jì)

下位機(jī)由ATMEAG8、數(shù)字溫度傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等組成，其中CPU 部分電路如圖1 所示。下位機(jī)處理器串口連接藍(lán)牙模塊。數(shù)字溫度傳感器將當(dāng)前溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。藍(lán)牙模塊設(shè)置為從工作模式。

圖1 CPU 電路原理圖

系統(tǒng)上電后藍(lán)牙模塊處于等待連接狀態(tài)， 當(dāng)Android 設(shè)備第一次發(fā)出連接請(qǐng)求時(shí)需要輸入藍(lán)牙模塊的內(nèi)置密碼，以后再連接時(shí)則不需要輸入密碼，只有密碼匹配成功才能后成功建立藍(lán)牙連接。藍(lán)牙模塊為Android 設(shè)備和ATMEAG8 的通信信道，實(shí)現(xiàn)Android 設(shè)備和下位機(jī)的雙向數(shù)據(jù)連接。用戶通過(guò)Android 設(shè)備向下位機(jī)發(fā)送命令，下位機(jī)接收到命令后，控制相應(yīng)的執(zhí)行模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的控制功能。K1 和K2 為低電平，電機(jī)兩端電壓為0V，電機(jī)停止；K1 為高電平，K2為低電平電機(jī)兩端為5V，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)；K1 為低電平，K2 為高電平電機(jī)兩端為-5V，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)；K1 和K2 不能同時(shí)為高電平，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2 所示

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖

2.2 藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙模塊型號(hào)為IDS-BM4A, 模塊有主/ 從兩種工作模式，通過(guò)PIO2 電平來(lái)選擇模塊的工作，PIO2 為高電平，模塊工作在從模式。模塊可以有兩種應(yīng)用方式，方式1 ：從模塊上電即開(kāi)始工作，用戶可以通過(guò)Android 設(shè)備查找模塊，模塊設(shè)備名稱為”SPP”, 查到設(shè)備后選擇連接，電腦端將提示輸入密碼，此時(shí)輸入“0000”，電腦將與模塊建立透明連接。方式2 ：需要兩個(gè)藍(lán)牙模塊，一個(gè)設(shè)置為主模式，一個(gè)設(shè)置為從模式，分別與兩個(gè)MCU 連接，上電后主從模塊會(huì)自動(dòng)配對(duì)連接，連接成功后主從模塊將建立透明數(shù)據(jù)傳輸，兩個(gè)設(shè)備之間可以直接互發(fā)數(shù)據(jù)。

工作狀態(tài)指示：模塊PIO0 用來(lái)連接LED，指示當(dāng)前工作方式。

主模式：未連接，LED 間隔1 秒鐘快速閃爍2次；已連接，LED 常亮。

從模式：未連接，LED 快速閃爍；已連接，LED 常亮。

連接狀態(tài)指示：模塊PIO1 為連接狀態(tài)指示，連接成功PIO1 為高電平，連接斷開(kāi)PIO1 為低電平。

波特率設(shè)定表：

3 Android 設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

Android2.2 版本以上才能很好的支持藍(lán)牙功能，Android 上的應(yīng)用程序一般采用Java 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，編程環(huán)境一般采用Eclipse。

Android 應(yīng)用程序需要使用藍(lán)牙功能, 必須在AndroidManifest.xml 中要申請(qǐng)兩個(gè)權(quán)限：BLUETOOTH_ADMIN 和BLUETOOTH。具體格式如下:

<?xml:namespace prefix = uses-permissionandroid /> <uses-permissionandroid:na

me="android.permission.BLUETOOTH"/>

BLUETOOTH_ADMIN 權(quán)限允許Android 應(yīng)用程序啟動(dòng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備或者進(jìn)行藍(lán)牙功能的設(shè)置；BLUETOOTH 權(quán)限是Android 應(yīng)用程序執(zhí)行藍(lán)牙通信必須具有的權(quán)限，例如接受連接和傳送數(shù)據(jù)。大多數(shù)應(yīng)用程序都需要這個(gè)權(quán)限，才能查找當(dāng)?shù)氐乃{(lán)牙設(shè)備。

由于需要和下位機(jī)的藍(lán)牙模塊連接，在應(yīng)用程序中需要實(shí)現(xiàn)主設(shè)備功能。具體的連接流程是：

（1）在應(yīng)用程序中檢查設(shè)備的藍(lán)牙功能是否開(kāi)啟，如果未開(kāi)啟，則打開(kāi)藍(lán)牙功能；

（2）查找設(shè)備附近等待連接的藍(lán)牙設(shè)備，顯示查找到的藍(lán)牙設(shè)備的物理地址（以前沒(méi)有連接過(guò)的設(shè)備）或藍(lán)牙設(shè)備的名稱；

（3）選擇想要連接的藍(lán)牙設(shè)備，如果是第一次連接這個(gè)目標(biāo)設(shè)備系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)起一個(gè)配對(duì)過(guò)程，彈出輸入連接密碼的對(duì)話框，輸入“0000”，等待對(duì)方校驗(yàn)密碼，完成配對(duì)，然后進(jìn)行連接。

（4）應(yīng)用程序接收到連接成功，就可以通過(guò)生成的BluetoothServerSocke 和下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。需要連接的藍(lán)牙模塊是藍(lán)牙串口，因此應(yīng)用程序中定義的UUID 必須符合藍(lán)牙串口的UUID，這樣連接才會(huì)被接受。因?yàn)閍ccept() 調(diào)用是一個(gè)阻塞的調(diào)用，應(yīng)用程序所有響應(yīng)在調(diào)用返回之前會(huì)被阻塞，因此一定不能在主線程中進(jìn)行調(diào)用, 通常是在一個(gè)新的線程中做所有的工作從而避免應(yīng)用程序主線程的阻塞。主要代碼如下；

（5）關(guān)閉server socket，釋放serversocket 和它占用的資源，結(jié)束應(yīng)用程序。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了基于藍(lán)牙與Android 設(shè)備的無(wú)線控制系統(tǒng)模型，分析了藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)， 采用通用的藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)了無(wú)線終端設(shè)計(jì)，給出了Android 設(shè)備的藍(lán)牙串行通訊軟件框架。憑借藍(lán)牙的傳輸高效并且快速等特點(diǎn)，該系統(tǒng)具有很好的靈活性，能廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制等多個(gè)領(lǐng)域，尤其是一些需要數(shù)據(jù)傳輸又不能很方便的布設(shè)通訊電纜的場(chǎng)合，具有廣闊的發(fā)展空間。

主要代碼