Arduino Android的藍牙通信設計與電火花監測的應用

李昌澤+王軍民

摘要：本文以Arduino開發板和Android系統手機為研究方向，設計Arduino開發板硬件設計與板載程序，以及編寫基于Android系統手機的APK，用手機端程序通過藍牙模塊對Arduino 開發板進行控制，對電火花震源工作中的高壓進行監測，開發板端采集數據回顯到Android手機終端，以便工作人員對電火花震源工作電壓情況進行了解。

關鍵詞：Android；Arduino；藍牙

引言

近年來物聯網產品發展迅速，而手機的普及與Android系統的廣泛使用更是為智能家居提供了支持。利用藍牙通訊10米的通訊距離與低功耗、低成本等優勢是兩者相互通訊的一個極為簡單的方法。通過這個方法，可以使安全便捷的對電火花震源的充放電各個模塊的電壓進行監測，及早的發現設備內部存在的電壓異常。

系統硬件設計

Arduino[1]是一塊基于開放源代碼的USB接口SimpleI/O接口板。Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺的參考標準模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時具有14路數字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個16MHz晶體振蕩器，一個USB口，一個電源插座，一個ICSP header和一個復位按鈕。該系統的硬件主要由Arduino UNO主控板、藍牙串口模塊和Voltage Sensor電壓傳感器模塊組成。

1.Arduino開發板

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（Arduino IDE）。它構建于開放原始碼simpleI/O介面版，并且具有使用類似Java、C語言的Processing/Wiring開發環境。該平臺的特點是具有跨平臺性、簡單清晰、開放性和發展迅速。

Arduino UNO可以通過3種方式供電，而且能自動選擇供電方式。1）外部直流電源通過電源插座供電。2）電池連接電源連接器的GND和VIN引腳。3）USB接口直接供電。

Arduino具有14路數字輸入輸出口：工作電壓為5V，每一路能輸出和接入最大電流為40mA。每一路配置了20-50K歐姆內部上拉電阻（默認不連接）。除此之外，有些引腳有特定的功能串口信號RX、TX：與內部 ATmega8U2 USB-to-TTL芯片相連，提供TTL電壓水平的串口接收信號。

2.HC-06藍牙串口模塊

核心模塊使用HC-06從模塊，引出接口包括VCC，GND，TXD，RXD。紅色led燈指示藍牙連接狀態，閃爍表示藍牙未連接，常亮表示藍牙已連接并打開了端口。底板為3.3V LDO，接口電平為3.3V，輸入電壓3.6-6V，未配對時電流約30mA，配對后約10mA。空曠地有效距離超過10米。配對以后當全雙工串口使用，無需了解任何藍牙協議，但僅支持8位數據位、1位停止位、無奇偶校驗的通信格式。在未建立藍牙連接時支持通過AT指令設置波特率、名稱、配對密碼，設置的參數掉電保存。藍牙連接以后自動切換為透傳模式。

3.Voltage Sensor 電壓傳感器模塊

Voltage Sensor 電壓傳感器模塊主要參數：電壓檢測范圍：DC0.02445V-25V，電壓模擬分辨率：0.00489V，DC輸入接口：端子正接VCC，負接GND，輸出接口：“+”接5V，“-”接GND，“s”接Arduino的AD引腳。該模塊的電壓監測范圍只有0-25V，需要通過不同的分壓電阻配合才能完成對不同模塊的電壓的監測。

系統軟件設計與通信

1.Android控制采集軟件設計

Android[2]是一種基于Linux的自由及開放源代碼的操作系統，主要使用于移動設備，如智能手機和平板電腦。本文通過工具軟件E4A完成在移動端軟件的設計，個性化定制了界面與所需功能。完成了GUI設計與詢問打開手機藍牙、搜索可配對藍牙從機、配對藍牙從機、發送測距指令、接受回傳數據、保存數據等功能。

2.Arduino采集傳輸軟件設計

Arduino端的軟件是通過Arduino IDE[3]完成，主要的功能為通過輪詢方式等待接受Android端的采集指令、驅動測壓模塊完成測量、對采集數據進行處理和驅動藍牙模塊回顯數據至手機端。再通過數字引腳控制一顆黃色led等，做連接測試與檢測用。

3.通信過程與結果

將硬件部分組裝完畢后，接通電源，藍牙模塊紅色指示燈開始閃爍，檢測燈黃色led燈持續亮燈；打開Android手機端測距APP，打開手機藍牙，搜索設備，連接硬件組件中藍牙模塊，顯示連接成果，藍牙模塊紅色led燈常亮；點擊測試1按鈕，黃色led燈熄滅，點擊測試2按鈕，黃色led燈點亮；證明系統連接正常后，點擊接受數據按鈕，測壓模塊開始測壓，在經過Arduino處理后將被測電壓通過藍牙模塊回顯至手機APP中的數據顯示框中，單擊一次完成一次測量，得到各個模塊工作中的電壓，多次結果可同時顯示在顯示框中，APP可以完成清空顯示框與保存顯示框中數據至手機SD卡。

結 語

本文中的數據采集與藍牙通信系統是基于Android系統與Arduino平臺的一套軟硬件配套操作系統。本系統通過手機APP控制硬件部分完成數據采集與處理，并通過藍牙回顯至手機APP中。傳輸過程簡單穩定，采集精度受環境與采集模塊影響，數據精度可由軟件控制。該套方案成本低廉、功耗極低、可移植性強，通過Arduino平臺豐富強大的功能，結合電火花震源的工作，可以安全有效的完成對設備內部各個器件模塊的電壓監測，但是由于電火花內部高壓設備復雜，對于藍牙的傳輸有一定的影響，通信有效范圍不能達到10米以上，對野外實時操作與監控有一定的距離限制。

參考文獻：

[1]蔡睿妍.Arduino的原理及應用[J].電子設計工程，2012，20（16）：155-157.

[2]詹成國，朱偉，徐敏.基于Android的測控裝置人機界面的設計與開發[J].電力自動化設備，2012，32（01）：119-122.

[3]楊繼志，郭敬.Arduino的互動產品平臺創新設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2012，12（04）：39-41.endprint