周進(jìn)波，張 磊，張 敏，袁欽鵬

（上海理工大學(xué) 光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海 200093）

引 言

Android是Google開發(fā)的一款基于Linux的開源手機(jī)系統(tǒng)，由于其完全開放的特點(diǎn)，Android開發(fā)群體和用戶越來(lái)越多，逐漸成為市場(chǎng)份額最大的智能手機(jī)操作系統(tǒng)。除了在移動(dòng)通信方面，Android系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到其它電子領(lǐng)域，如平板電腦、手持設(shè)備等。設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸方式主要包括USB 傳輸、紅外傳輸、藍(lán)牙傳輸，USB 傳輸速度快、即插即用、便于擴(kuò)展，Android 系統(tǒng)從SDK3.1 平臺(tái)開始引入ADK（accessory development kit），使不支持USB Host功能的Android設(shè)備可以與其它USB設(shè)備通信。紅外傳輸是一種無(wú)線通信技術(shù)，因?yàn)閭鬏斁嚯x較短、易受干擾，現(xiàn)在更多使用藍(lán)牙作為無(wú)線傳輸［1］，藍(lán)牙傳輸方便穩(wěn)定。Android系統(tǒng)同時(shí)支持藍(lán)牙通信，通過(guò)對(duì)Android系統(tǒng)的藍(lán)牙開發(fā)研究，對(duì)藍(lán)牙、單片機(jī)編程，以實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)通信。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

Android系統(tǒng)控制單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。首先由Android系統(tǒng)提供的藍(lán)牙API接口，編寫應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的基本操作，設(shè)備連接正常后，通過(guò)Bluetoothsocket實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、輸出。單片機(jī)藍(lán)牙模塊接到數(shù)據(jù)命令后，調(diào)用單片機(jī)控制程序，控制步進(jìn)電機(jī)的加速、減速、轉(zhuǎn)向。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Block diagram of system structure

2 Android藍(lán)牙應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

2.1 Android藍(lán)牙協(xié)議棧

Android系統(tǒng)從2.0開始支持藍(lán)牙，使用了BlueZ協(xié)議棧，BlueZ通過(guò)DBUS來(lái)通信交互的。BlueZ是Linux內(nèi)核的官方藍(lán)牙協(xié)議棧，目前在較高Linux內(nèi)核版本中已有支持，也是目前應(yīng)用最廣泛的藍(lán)牙協(xié)議棧，幾乎支持所有已通過(guò)認(rèn)證的藍(lán)牙設(shè)備。該協(xié)議棧由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊組成，內(nèi)核空間主要包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)層（藍(lán)牙的設(shè)備驅(qū)動(dòng)一般是指電源的開關(guān)驅(qū)動(dòng)以及通信接口的驅(qū)動(dòng)，如串口、USB 等）、L2CAP層與SCO 音頻層、RFCOMM、藍(lán)牙核心及HCI層、BNEP、CMTP層與HIDP層、通用藍(lán)牙SDP庫(kù)和后臺(tái)服務(wù)及面向所有層的標(biāo)準(zhǔn)套接字接口。Android提供Bluetooth通信的API是BlueZ的RFCOMM 的封裝，RFCOMM 層支持標(biāo)準(zhǔn)的套接口，并提供了串行仿真TTY 接口，這使串行端口應(yīng)用程序和協(xié)議可以不加更改地運(yùn)行在藍(lán)牙設(shè)備上［2－4］。藍(lán)牙應(yīng)用程序設(shè)計(jì)主要包括：藍(lán)牙打開、藍(lán)牙查找、藍(lán)牙連接、數(shù)據(jù)通信等四個(gè)模塊［5－6］，流程圖如圖2所示。Android系統(tǒng)為藍(lán)牙開發(fā)提供了API，其中最主要的幾個(gè)類包括：

BluetoothDevice：藍(lán)牙設(shè)備類，包括藍(lán)牙設(shè)備的名稱、MAC地址等信息。

Bluetoothsocket：藍(lán)牙套接字的接口類，藍(lán)牙設(shè)備間數(shù)據(jù)輸入輸出的連接點(diǎn)。

BluetoothAdapter：藍(lán)牙適配器類，所有藍(lán)牙設(shè)備交互的接口，包括查找、綁定、監(jiān)聽其它設(shè)備。通過(guò)調(diào)用上面幾個(gè)基本類中的方法可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的基本操作。

圖2 藍(lán)牙通信流程圖Fig.2 Flowchart of bluetooth communication process

2.2 藍(lán)牙設(shè)備打開

首先獲取藍(lán)牙適配器，通過(guò)方法GetDefaultAdapter（），返回本地BluetoothAdpter，通過(guò)該對(duì)象就可以操作藍(lán)牙設(shè)備了，如果返回為空，則啟動(dòng)藍(lán)牙失敗，需要檢測(cè)設(shè)備藍(lán)牙模塊是否正常工作。然后判斷藍(lán)牙是否打開，如果藍(lán)牙處于disable狀態(tài)，則需要封裝ACTION＿REQUEST＿ENABLED 到intent對(duì)象，通過(guò)startActivityForResult（）方法調(diào)用intent對(duì)象打開藍(lán)牙。

2.3 藍(lán)牙設(shè)備查找

獲得藍(lán)牙設(shè)備包括新掃描的設(shè)備和已經(jīng)綁定的設(shè)備，程序先要注冊(cè)一個(gè)ACTION＿FOUND 動(dòng)作的廣播，調(diào)用startDiscovery（）方法，每次發(fā)現(xiàn)一個(gè)設(shè)備，系統(tǒng)就廣播一次，將設(shè)備的信息包括設(shè)備名、設(shè)備mac加入設(shè)備列表；調(diào)用getBondedDevices（）方法得到已綁定的設(shè)備數(shù)量，依次加入到設(shè)備列表。因?yàn)樵谡麄€(gè)掃描過(guò)程要持續(xù)12s左右，占用一定系統(tǒng)資源，在設(shè)備連接之前，程序要調(diào)用cancelDiscovery（）方法取消設(shè)備查找，減少資源浪費(fèi)。

2.4 藍(lán)牙設(shè)備連接

藍(lán)牙支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接方式。作為主設(shè)備，Android 系統(tǒng)中，一個(gè)從設(shè)備擁有一個(gè)RFECOMM 信道，只有當(dāng)主從設(shè)備同時(shí)在一個(gè)信道上，調(diào)用 Bluetoothdevice 類中的createRfcommSocketToServiceRecord（UUID）方法（UUID 為識(shí)別碼），獲取Bluetoothsocket后才能建立連接。連接多個(gè)設(shè)備時(shí)，應(yīng)用程序需要建立一個(gè)服務(wù)器端口Bluetoothserversocket，調(diào)用accept（）方法監(jiān)聽其它設(shè)備請(qǐng)求，當(dāng)有請(qǐng)求發(fā)出后，將已經(jīng)連接的Bluetoothsocket分配給設(shè)備。

2.5 藍(lán)牙設(shè)備通信

設(shè)備連接成功后，主從設(shè)備擁有同一個(gè)Bluetoothsocket，通 過(guò) getInputStream （）、getOutputStream（）方法得到數(shù)據(jù)流，然后調(diào)用write（）、read（）方法寫入或者讀出數(shù)據(jù)，對(duì)于復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳送可能出現(xiàn)堵塞情況，需要單獨(dú)建立一個(gè)線程實(shí)現(xiàn)。

至此整個(gè)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)完成，圖3為應(yīng)用程序運(yùn)行界面、測(cè)試結(jié)果圖。

3 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；可以通過(guò)調(diào)整每相通電順序，改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向；可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，達(dá)到調(diào)速的目的［7］。設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)作為控制器芯片，ULN2003芯片作為脈沖驅(qū)動(dòng)芯片，藍(lán)牙串口模塊采用HC－06，步進(jìn)電機(jī)采用M35SP－9四相電機(jī)，具有調(diào)速、調(diào)向的功能，數(shù)據(jù)接收、發(fā)送采用查詢的方式［8］，程序流程如圖4所示。應(yīng)用程序發(fā)送控制命令，單片機(jī)接收后調(diào)用對(duì)應(yīng)的命令子程序，最后返回當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)給應(yīng)用程序。

圖3 應(yīng)用程序運(yùn)行效果圖Fig.3 Running effect of application program

圖4 程序流程圖Fig.4 Program flowchart

4 結(jié) 論

Android系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其中藍(lán)牙是一種主要的數(shù)據(jù)傳輸方式，通過(guò)對(duì)Android系統(tǒng)藍(lán)牙編程，完成了應(yīng)用程序界面編寫及單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了Android系統(tǒng)與單片機(jī)之間的藍(lán)牙通信。實(shí)踐表明，該通信方式數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、控制精度高，對(duì)Android系統(tǒng)的應(yīng)用具有積極的指導(dǎo)意義。

［1］ 鄔正義，范 瑜，徐惠鋼.現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2006：342－343.

［2］ 郭宏志.Android應(yīng)用開發(fā)詳解［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010：173－175.

［3］ 楊文志.Google Android程序設(shè)計(jì)指南［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009：210－212.

［4］ 李黎國(guó)，張 輝，程 號(hào).基于Android健康服務(wù)終端藍(lán)牙傳輸軟件的設(shè)計(jì)［J］.電子科技，2012，25（5）：115－118.

［5］ MILIER B A.藍(lán)牙核心技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：180－182.

［6］ 朱 剛，談?wù)褫x，周賢偉.藍(lán)牙技術(shù)原理與協(xié)議［M］.北京：北方交通大學(xué)出版社，2002：200－201.

［7］ 胡虔生，胡敏強(qiáng).電機(jī)學(xué)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2009：145－146.

［8］ 陳貴銀.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011：98－100.