Android 手机对于Arduino蓝牙控制解决方案

1、Android系统概述

Android 系统是 Google 公司基于 Linux 内核开发的移动端操作系统,适用于智能手机智能手表平板电脑等设备，最新的版本为 7.1。Android系统具有免费开源的优势,任何企业与个人都可以查阅公开的 API 文档，并在自己开发的应用中通过调用Android 系统所提供的接口来控制手机上的各类硬件。Android 系统采用了典型的分层架构，其基本原理是将 Linux 内核和 C/C++运行库结合在一起，通过应用程序框架为开发者提供服务。

Android 系统中的应用程序主要采用 Java 语言进行编程开发，包括四个主要组件:Activit(功能表示)、Service(后台服务) 、BroadcastReceiver(广播管理)和Content Provider(数据存储)。

2、Arduino平台概述

Arduino 是一款简单灵活、便于学习和掌握的开源电子原型平台，主要包含硬件设备(各种型号的Arduino开发电路板)和软件开发环境(ArduinoIDE)。它由意大利开发团队 Arduino 研发，并以免费授权的方式发布在互联网上，第三方开发者在使用该设计时仅需声明原始 Arduino团队的贡献后即可免费使用。

Arduino的开发环境被称为 Based on Process-ing，并拥有自己的编程语言 Wiring，其语法格式与Java 相近，这一特点非常便于那些拥有 Android 开发经验的程序员在短时间内掌握其开发技术Wiring 程序在 PC平台上的开发环境中编辑好之后,可以通过 USB 连线上传至相应的开发电路板即可直接控制电路板上的各类传感器和机械设备完成程序中设定的动作。

在此过程中,程序代码的编译工作由电路板上的微控制器负责进行，并将编译完成的二进制码烧录在微控制器中。基于 Arduino平台开发的软件项目可以通过编写支持类库的方式来实现与其他软件平台(如AndroidC++等)进行控制与通信。当前基于移动终端与 Arduino 平台的项目开发中，主要使用的有基于 Android 平台的ArduinoDroidJarduino类库基于iOS平台的 Arduino Simulator 2X FullPack v2.6 HDSimduino 等。

3、Android 对 Arduino的蓝牙控制功能的实现

基于当前移动终端操作系统市场以 Android 平台为主流的现状，本文主要对 Android+Arduino的蓝牙控制机制进行了研究。

3.1实现原理

在本文所设计的蓝牙控制方案中，数据通信的实现是基于蓝牙协议簇中的 SDP协议和 RFCOMM 协议来实现的，蓝牙协议主要包括两大类(控制栈协议与主机栈协议)，分别用于管理和访问无线接口以及处理高级数据。SDP 是蓝牙协议体系的核心，是全部功能的基础。在蓝牙通信过程中客户端只能通过 SDP 协议才能获取到设备信息服务信息及服务特征。

在此基础上建立数据连接RFCOMM作为主机栈协议，开发者可以通过该协议所提供的数据流在各设备的蓝牙模块之间建立可靠的连接，并实现数据传输与控制功能。蓝牙设备的 MAC 地址(BD_ADDR)为 48 位的二进制代码并用十六进制数进行描述，BDADDR 分为三个部分，分别为 24 位的 LAP8 位的UAP和16 位的NAP。其中 LAP 部分为产品编号UAP 与NAP为制造商编号,它们一起共同构成了蓝牙硬件的全球唯一标识。

Android 平台上的应用程序是通过AndroidSDK 中提供的蓝牙API来实现用移动设备(手机或平板电脑)上的蓝牙设备模块的，这些 API的功能有:

1)搜索附近的牙设备

2)读取本机蓝牙设备的状态信息与连接记录

3)基于 SDP 协议,建立不同设备之间的连接;

4)基于 RFCOMM 协议，在设备间可靠的传输数;

5)对建立的蓝牙连接进行管理。

Android 蓝牙 API主要包括经典蓝牙(API17/系统版本 4.2及以下)和低功耗蓝牙(API18/系统版本 4.3 版本及以上)两大类,考虑到向下兼容性的问题，本文所选用的是经典 API。实现 Android 手机对 Around 平台的控制主要分为四个步骤，所调用的开发类名称有:

BluetoothAdapter;用于标识本地蓝牙设备，功能包括蓝牙的开启/关闭、搜索其他的蓝牙设备、获取本机蓝牙设备状态、曾经连接过的蓝牙信息等；Socket：是封装了 TCP/IP 编接口(API)用于实现网络应用程序间的数据通信；

BluetoothDevice；用于标识远程蓝牙设备，在设备间建立连接并获取对方设备的名称MAC等信息以及双方蓝牙设备的配对状态；

BluetoothSocket；用于标识蓝牙 Socket 接口，应用程序之间通过输入/输出流在蓝牙设备间传输各类数据；

BluetoothServerSocket；用于标识代开放的服务端网络端口，其功能是监听其他设备所发送的连接请求，当连接请求被响应并创建的时候,BluetoothServerSocket 会返回该连接的 BluetoothSock-et；

BluetoothClass：用来获取蓝牙设备的通用特性和功能，可以用来判断蓝牙的类别。此外,由于Android 系统对各类硬件的访问操作都需要相应的授权，在开发过程中需要在文件中加 android，permission.BLUETOOTH 和 an-droid.permission，BLUETOOTH-ADMIN以获取权限。

出处：太原学院学报

原标题：Android 手机对Arduino电子原型平台的蓝牙控制机制研究

作者：杨 寅 苏 彬

参考资料

https://www.hooketech.com/arduino-bluetooth-control-solution.html