一种基于蓝牙与Android设备的控制系统设计

Android 操作系统是Google 基于开源的Linux 操作系统开发的移动操作平台，由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，是专门为移动终端打造的开放和完整的移动操作系统。Android 软件平台包含Java Application、Application Framework、Libraries、Runtime 与LinuxOS 等层。用户可根据产品的不同需求对系统进行裁剪，从而适应多样的产品需求，Android 系统就如同积木一样通过组合不同的软硬件实现不同的应用产品。蓝牙的出现为移动设备的互联提供了一个方便快捷的选择，Android 设备和以单片机为处理器的控制器联接使两者的功能得到了互补。

1 系统架构

基于蓝牙与Android 设备的控制系统由Android 设备和下位机组成。Android设备(Android 智能手机或Android 平板)安装有专门编制的软件。下位机采用ATMEL 公司高效的RISC 内核的ATMEGA 8 为核心，并集成蓝牙串行模块为通信信道。Android 设备通过蓝牙将数据发送至下位机，下位机根据接收到数据，完成相应的控制功能，并将处理结果上传，实现实时监测、实时控制功能。下位机只负责数据的采集和实现控制功能，数据的存储和处理在Android 设备上实现。

2 下位机设计

2.1 控制模块的设计

下位机由ATMEAG8、数字温度传感器、电机驱动电路等组成，其中CPU 部分电路如图1 所示。下位机处理器串口连接蓝牙模块。数字温度传感器将当前温度直接转换成数字信号。蓝牙模块设置为从工作模式。

图1 CPU 电路原理图

系统上电后蓝牙模块处于等待连接状态， 当Android 设备第一次发出连接请求时需要输入蓝牙模块的内置密码，以后再连接时则不需要输入密码，只有密码匹配成功才能后成功建立蓝牙连接。蓝牙模块为Android 设备和ATMEAG8 的通信信道，实现Android 设备和下位机的双向数据连接。用户通过Android 设备向下位机发送命令，下位机接收到命令后，控制相应的执行模块，实现设定的控制功能。K1 和K2 为低电平，电机两端电压为0V，电机停止;K1 为高电平，K2为低电平电机两端为5V，电机正向转动;K1 为低电平，K2 为高电平电机两端为-5V，电机反向转动;K1 和K2 不能同时为高电平，电机驱动电路如图2 所示

图2 电机驱动电路原理图

2.2 蓝牙模块

蓝牙模块型号为IDS-BM4A, 模块有主/ 从两种工作模式，通过PIO2 电平来选择模块的工作，PIO2 为高电平，模块工作在从模式。模块可以有两种应用方式，方式1 ：从模块上电即开始工作，用户可以通过Android 设备查找模块，模块设备名称为”SPP”, 查到设备后选择连接，电脑端将提示输入密码，此时输入“0000”，电脑将与模块建立透明连接。方式2 ：需要两个蓝牙模块，一个设置为主模式，一个设置为从模式，分别与两个MCU 连接，上电后主从模块会自动配对连接，连接成功后主从模块将建立透明数据传输，两个设备之间可以直接互发数据。

工作状态指示：模块PIO0 用来连接LED，指示当前工作方式。

主模式：未连接，LED 间隔1 秒钟快速闪烁2次;已连接，LED 常亮。

从模式：未连接，LED 快速闪烁;已连接，LED 常亮。

连接状态指示：模块PIO1 为连接状态指示，连接成功PIO1 为高电平，连接断开PIO1 为低电平。

波特率设定表：

3 Android 设备软件设计

Android2.2 版本以上才能很好的支持蓝牙功能，Android 上的应用程序一般采用Java 语言开发，编程环境一般采用Eclipse。

linux操作系统文章专题:linux操作系统详解（linux不再难懂）

Android 应用程序需要使用蓝牙功能, 必须在AndroidManifest.xml 中要申请两个权限：BLUETOOTH_ADMIN 和BLUETOOTH。具体格式如下:

me="android.permission.BLUETOOTH"/>

BLUETOOTH_ADMIN 权限允许Android 应用程序启动发现设备或者进行蓝牙功能的设置;BLUETOOTH 权限是Android 应用程序执行蓝牙通信必须具有的权限，例如接受连接和传送数据。大多数应用程序都需要这个权限，才能查找当地的蓝牙设备。

由于需要和下位机的蓝牙模块连接，在应用程序中需要实现主设备功能。具体的连接流程是：

(1)在应用程序中检查设备的蓝牙功能是否开启，如果未开启，则打开蓝牙功能;

(2)查找设备附近等待连接的蓝牙设备，显示查找到的蓝牙设备的物理地址(以前没有连接过的设备)或蓝牙设备的名称;

(3)选择想要连接的蓝牙设备，如果是第一次连接这个目标设备系统会自动发起一个配对过程，弹出输入连接密码的对话框，输入“0000”，等待对方校验密码，完成配对，然后进行连接。

(4)应用程序接收到连接成功，就可以通过生成的BluetoothServerSocke 和下位机进行数据传输。需要连接的蓝牙模块是蓝牙串