基于Android系統藍牙開發的研究與實現＊

周進波，張 磊，張 敏，袁欽鵬

（上海理工大學 光電信息與計算機工程學院，上海 200093）

引 言

Android是Google開發的一款基于Linux的開源手機系統，由于其完全開放的特點，Android開發群體和用戶越來越多，逐漸成為市場份額最大的智能手機操作系統。除了在移動通信方面，Android系統已經應用到其它電子領域，如平板電腦、手持設備等。設備間的數據傳輸方式主要包括USB 傳輸、紅外傳輸、藍牙傳輸，USB 傳輸速度快、即插即用、便于擴展，Android 系統從SDK3.1 平臺開始引入ADK（accessory development kit），使不支持USB Host功能的Android設備可以與其它USB設備通信。紅外傳輸是一種無線通信技術，因為傳輸距離較短、易受干擾，現在更多使用藍牙作為無線傳輸［1］，藍牙傳輸方便穩定。Android系統同時支持藍牙通信，通過對Android系統的藍牙開發研究，對藍牙、單片機編程，以實現與單片機通信。

1 系統設計原理

Android系統控制單片機步進電機系統結構圖如圖1所示。首先由Android系統提供的藍牙API接口，編寫應用程序，實現藍牙設備的基本操作，設備連接正常后，通過Bluetoothsocket實現數據的輸入、輸出。單片機藍牙模塊接到數據命令后，調用單片機控制程序，控制步進電機的加速、減速、轉向。

圖1 系統結構框圖Fig.1 Block diagram of system structure

2 Android藍牙應用程序設計

2.1 Android藍牙協議棧

Android系統從2.0開始支持藍牙，使用了BlueZ協議棧，BlueZ通過DBUS來通信交互的。BlueZ是Linux內核的官方藍牙協議棧，目前在較高Linux內核版本中已有支持，也是目前應用最廣泛的藍牙協議棧，幾乎支持所有已通過認證的藍牙設備。該協議棧由多個相對獨立的模塊組成，內核空間主要包括設備驅動層（藍牙的設備驅動一般是指電源的開關驅動以及通信接口的驅動，如串口、USB 等）、L2CAP層與SCO 音頻層、RFCOMM、藍牙核心及HCI層、BNEP、CMTP層與HIDP層、通用藍牙SDP庫和后臺服務及面向所有層的標準套接字接口。Android提供Bluetooth通信的API是BlueZ的RFCOMM 的封裝，RFCOMM 層支持標準的套接口，并提供了串行仿真TTY 接口，這使串行端口應用程序和協議可以不加更改地運行在藍牙設備上［2－4］。藍牙應用程序設計主要包括：藍牙打開、藍牙查找、藍牙連接、數據通信等四個模塊［5－6］，流程圖如圖2所示。Android系統為藍牙開發提供了API，其中最主要的幾個類包括：

BluetoothDevice：藍牙設備類，包括藍牙設備的名稱、MAC地址等信息。

Bluetoothsocket：藍牙套接字的接口類，藍牙設備間數據輸入輸出的連接點。

BluetoothAdapter：藍牙適配器類，所有藍牙設備交互的接口，包括查找、綁定、監聽其它設備。通過調用上面幾個基本類中的方法可以實現藍牙設備的基本操作。

圖2 藍牙通信流程圖Fig.2 Flowchart of bluetooth communication process

2.2 藍牙設備打開

首先獲取藍牙適配器，通過方法GetDefaultAdapter（），返回本地BluetoothAdpter，通過該對象就可以操作藍牙設備了，如果返回為空，則啟動藍牙失敗，需要檢測設備藍牙模塊是否正常工作。然后判斷藍牙是否打開，如果藍牙處于disable狀態，則需要封裝ACTION＿REQUEST＿ENABLED 到intent對象，通過startActivityForResult（）方法調用intent對象打開藍牙。

2.3 藍牙設備查找

獲得藍牙設備包括新掃描的設備和已經綁定的設備，程序先要注冊一個ACTION＿FOUND 動作的廣播，調用startDiscovery（）方法，每次發現一個設備，系統就廣播一次，將設備的信息包括設備名、設備mac加入設備列表；調用getBondedDevices（）方法得到已綁定的設備數量，依次加入到設備列表。因為在整個掃描過程要持續12s左右，占用一定系統資源，在設備連接之前，程序要調用cancelDiscovery（）方法取消設備查找，減少資源浪費。

2.4 藍牙設備連接

藍牙支持點對點、點對多點的連接方式。作為主設備，Android 系統中，一個從設備擁有一個RFECOMM 信道，只有當主從設備同時在一個信道上，調用 Bluetoothdevice 類中的createRfcommSocketToServiceRecord（UUID）方法（UUID 為識別碼），獲取Bluetoothsocket后才能建立連接。連接多個設備時，應用程序需要建立一個服務器端口Bluetoothserversocket，調用accept（）方法監聽其它設備請求，當有請求發出后，將已經連接的Bluetoothsocket分配給設備。

2.5 藍牙設備通信

設備連接成功后，主從設備擁有同一個Bluetoothsocket，通 過 getInputStream （）、getOutputStream（）方法得到數據流，然后調用write（）、read（）方法寫入或者讀出數據，對于復雜的數據傳送可能出現堵塞情況，需要單獨建立一個線程實現。

至此整個應用程序設計完成，圖3為應用程序運行界面、測試結果圖。

3 單片機程序設計

步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，達到準確定位的目的；可以通過調整每相通電順序，改變電機轉動方向；可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度，達到調速的目的［7］。設計采用AT89C52單片機作為控制器芯片，ULN2003芯片作為脈沖驅動芯片，藍牙串口模塊采用HC－06，步進電機采用M35SP－9四相電機，具有調速、調向的功能，數據接收、發送采用查詢的方式［8］，程序流程如圖4所示。應用程序發送控制命令，單片機接收后調用對應的命令子程序，最后返回當前運行狀態給應用程序。

圖3 應用程序運行效果圖Fig.3 Running effect of application program

圖4 程序流程圖Fig.4 Program flowchart

4 結 論

Android系統的應用越來越廣泛，其中藍牙是一種主要的數據傳輸方式，通過對Android系統藍牙編程，完成了應用程序界面編寫及單片機步進電機驅動程序設計，實現了Android系統與單片機之間的藍牙通信。實踐表明，該通信方式數據傳輸穩定、控制精度高，對Android系統的應用具有積極的指導意義。

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