基于手機與機器人之間藍牙通信的論述

摘 要：藍牙技術是一種適用于近距離的無線通信技術，具有安全性高和受干擾性小的特點。文章擬通過分析藍牙通信協議和Android智能手機系統，來論述利用手機作為上位機控制機器人移動的可能性。

關鍵詞：Android智能手機；移動機器人；藍牙模塊

引言

雙足機器人具有出色的移動性能，因而對其行走控制的研究成為當今仿生機器人領域中最前沿的問題。采用有線控制方式對機器人的移動性能產生較大約束，而傳統的無線調試方案，沒有可視化界面，互動性差，功能單一；手機作為無線控制終端體積小，便于攜帶。智能手機可通過藍牙或Wifi與機器人建立通訊。但藍牙技術具有更好的抗干擾能力，系統穩定性也更強，適合短距離通信。

1 藍牙模塊

藍牙具有一般無線通信設備的特點，同時還具有功耗小、傳輸穩定、安全可靠的優點，并且由于其自身體積小，可以集成在大部分MCU上，使用方便。藍牙采用跳頻擴譜、時分多址、碼分多址等先進技術，可以在一定區域內建立多個通信與信息系統間的傳輸通道。采用2.4GHz的ISM頻段，無需申請許可證。傳輸距離一般是10cm～10m，最大可實現100米的通信距離。藍牙的內部結構模塊如圖1所示。

射頻模塊主要起到濾波和功率放大的功能，它可以將接收到的2.4GHz的高頻信號變為中頻信號，然后發送給基帶控制器模塊，同時將從基帶控制器接收到的低中頻信號變為2.4GHz的高頻信號，然后再進行發射。基帶控制器相當于藍牙模塊的大腦，通過它的快速處理可以使用戶在使用時不用考慮低層硬件對數據的處理和傳輸過程。藍牙模塊自帶IO口，方便程序和數據的讀寫。

與簡單的靜態選擇頻率相比，FHSS可以減少射頻干擾。良好的穩定性與抗干擾性能對于環境十分惡劣的工作現場十分必要。總之，整個藍牙協議結構簡單，使用重傳機制來保證鏈路的可靠性，在基帶、鏈路管理和應用層中還可實行分級的多種安全機制，并且通過跳頻技術可以消除網絡環境中來自其它無線設備的干擾。

2 Android智能手機系統

安卓是一個以Linux作為基礎的開源性的操作系統。最初通常應用在智能手機上，但是安卓因為其具有優秀的擴展性和大量的硬件作為支撐。安卓系統已經延伸到平板電腦、智能家具和可穿戴設備等其他方面。在智能手機領域，Android系統已經超越蘋果的IOS系統和塞班等操作系統，成為世界上使用最廣泛的操作系統。它的迅速普及主要歸因于以下幾點：

（1）良好的繼承性和擴展性；

（2）開發軟件上帶有虛擬機，可脫離手機進行測試；

（3）豐富的開發環境，包含模擬器和基于Eclipse的一系列插件。

安卓的系統架構就是其操作系統的一個整體結構，是程序員開發應用拓展軟件的基本。Android的系統架構包括應用程序、系統庫、應用程序框架、安卓運行時和Linux內核五部分構成。其中應用程序框架是開發Android應用的基礎。軟件研發員可以通過它方便的編寫出一個簡易的軟件，在此基礎上再進行進一步的完善和補充。系統庫是介于Linux內核和應用程序框架之間的溝通橋梁。為Android平臺提供豐富的功能和全面的服務。其結構如圖2所示。

Linux內核是Android平臺開放性的基礎，自帶有數量龐大基本函數庫，軟件開發者在編寫程序時可直接調用。例如藍牙設備之間的數據傳輸是通過Socket通道實現，開發程序時主要用到以下藍牙應用程序接口：BluetoothAdapter（藍牙適配器）、BluetoothDevice（藍牙遠端設備）、BluetoothSocket（藍牙套接字）、BluetoothServerSocket（藍牙服務套接字）等。

3 結束語

文章介紹了利用藍牙技術實現手機對機器人控制的原理。無線控制的實現有助于解決傳統遙控技術的部分缺點。利用智能設備的藍牙功能具有移動性強、便攜式好、成本低、不依賴網絡等特點，移動控制設備的終端也不僅限于智能手機，所有android智能設備都可以實現。

參考文獻

[1]Pu Changjiu，Wang Yujun.A method for lateral motion planning on the biped robot[J].The proceedings of IFITA[EB/OL]，2009，5.

[2]Bluetooth specifications Version 2.0+EDR.370650[EB/OL].http：//www.docin.com/p57455142.html[DB/OL].

[3]蒲昌玖.基于藍牙的機器人通信控制方法[J].重慶教育學院學報，2010，11.

[4]肖愛平，孫漢旭，譚月勝.基于藍牙技術的機器人模塊化無線通信設計[J].北京郵電大學學報，2004，2.

[5]張群，楊絮，張正言，等.藍牙模塊串口通信的設計與實現[Z].2012，3.