基于Android系统蓝牙开发的研究与实现＊

周进波，张 磊，张 敏，袁钦鹏

（上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093）

引 言

Android是Google开发的一款基于Linux的开源手机系统，由于其完全开放的特点，Android开发群体和用户越来越多，逐渐成为市场份额最大的智能手机操作系统。除了在移动通信方面，Android系统已经应用到其它电子领域，如平板电脑、手持设备等。设备间的数据传输方式主要包括USB 传输、红外传输、蓝牙传输，USB 传输速度快、即插即用、便于扩展，Android 系统从SDK3.1 平台开始引入ADK（accessory development kit），使不支持USB Host功能的Android设备可以与其它USB设备通信。红外传输是一种无线通信技术，因为传输距离较短、易受干扰，现在更多使用蓝牙作为无线传输［1］，蓝牙传输方便稳定。Android系统同时支持蓝牙通信，通过对Android系统的蓝牙开发研究，对蓝牙、单片机编程，以实现与单片机通信。

1 系统设计原理

Android系统控制单片机步进电机系统结构图如图1所示。首先由Android系统提供的蓝牙API接口，编写应用程序，实现蓝牙设备的基本操作，设备连接正常后，通过Bluetoothsocket实现数据的输入、输出。单片机蓝牙模块接到数据命令后，调用单片机控制程序，控制步进电机的加速、减速、转向。

图1 系统结构框图Fig.1 Block diagram of system structure

2 Android蓝牙应用程序设计

2.1 Android蓝牙协议栈

Android系统从2.0开始支持蓝牙，使用了BlueZ协议栈，BlueZ通过DBUS来通信交互的。BlueZ是Linux内核的官方蓝牙协议栈，目前在较高Linux内核版本中已有支持，也是目前应用最广泛的蓝牙协议栈，几乎支持所有已通过认证的蓝牙设备。该协议栈由多个相对独立的模块组成，内核空间主要包括设备驱动层（蓝牙的设备驱动一般是指电源的开关驱动以及通信接口的驱动，如串口、USB 等）、L2CAP层与SCO 音频层、RFCOMM、蓝牙核心及HCI层、BNEP、CMTP层与HIDP层、通用蓝牙SDP库和后台服务及面向所有层的标准套接字接口。Android提供Bluetooth通信的API是BlueZ的RFCOMM 的封装，RFCOMM 层支持标准的套接口，并提供了串行仿真TTY 接口，这使串行端口应用程序和协议可以不加更改地运行在蓝牙设备上［2－4］。蓝牙应用程序设计主要包括：蓝牙打开、蓝牙查找、蓝牙连接、数据通信等四个模块［5－6］，流程图如图2所示。Android系统为蓝牙开发提供了API，其中最主要的几个类包括：

BluetoothDevice：蓝牙设备类，包括蓝牙设备的名称、MAC地址等信息。

Bluetoothsocket：蓝牙套接字的接口类，蓝牙设备间数据输入输出的连接点。

BluetoothAdapter：蓝牙适配器类，所有蓝牙设备交互的接口，包括查找、绑定、监听其它设备。通过调用上面几个基本类中的方法可以实现蓝牙设备的基本操作。

图2 蓝牙通信流程图Fig.2 Flowchart of bluetooth communication process

2.2 蓝牙设备打开

首先获取蓝牙适配器，通过方法GetDefaultAdapter（），返回本地BluetoothAdpter，通过该对象就可以操作蓝牙设备了，如果返回为空，则启动蓝牙失败，需要检测设备蓝牙模块是否正常工作。然后判断蓝牙是否打开，如果蓝牙处于disable状态，则需要封装ACTION＿REQUEST＿ENABLED 到intent对象，通过startActivityForResult（）方法调用intent对象打开蓝牙。

2.3 蓝牙设备查找

获得蓝牙设备包括新扫描的设备和已经绑定的设备，程序先要注册一个ACTION＿FOUND 动作的广播，调用startDiscovery（）方法，每次发现一个设备，系统就广播一次，将设备的信息包括设备名、设备mac加入设备列表；调用getBondedDevices（）方法得到已绑定的设备数量，依次加入到设备列表。因为在整个扫描过程要持续12s左右，占用一定系统资源，在设备连接之前，程序要调用cancelDiscovery（）方法取消设备查找，减少资源浪费。

2.4 蓝牙设备连接

蓝牙支持点对点、点对多点的连接方式。作为主设备，Android 系统中，一个从设备拥有一个RFECOMM 信道，只有当主从设备同时在一个信道上，调用 Bluetoothdevice 类中的createRfcommSocketToServiceRecord（UUID）方法（UUID 为识别码），获取Bluetoothsocket后才能建立连接。连接多个设备时，应用程序需要建立一个服务器端口Bluetoothserversocket，调用accept（）方法监听其它设备请求，当有请求发出后，将已经连接的Bluetoothsocket分配给设备。

2.5 蓝牙设备通信

设备连接成功后，主从设备拥有同一个Bluetoothsocket，通 过 getInputStream （）、getOutputStream（）方法得到数据流，然后调用write（）、read（）方法写入或者读出数据，对于复杂的数据传送可能出现堵塞情况，需要单独建立一个线程实现。

至此整个应用程序设计完成，图3为应用程序运行界面、测试结果图。

3 单片机程序设计

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，达到准确定位的目的；可以通过调整每相通电顺序，改变电机转动方向；可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，达到调速的目的［7］。设计采用AT89C52单片机作为控制器芯片，ULN2003芯片作为脉冲驱动芯片，蓝牙串口模块采用HC－06，步进电机采用M35SP－9四相电机，具有调速、调向的功能，数据接收、发送采用查询的方式［8］，程序流程如图4所示。应用程序发送控制命令，单片机接收后调用对应的命令子程序，最后返回当前运行状态给应用程序。

图3 应用程序运行效果图Fig.3 Running effect of application program

图4 程序流程图Fig.4 Program flowchart

4 结 论

Android系统的应用越来越广泛，其中蓝牙是一种主要的数据传输方式，通过对Android系统蓝牙编程，完成了应用程序界面编写及单片机步进电机驱动程序设计，实现了Android系统与单片机之间的蓝牙通信。实践表明，该通信方式数据传输稳定、控制精度高，对Android系统的应用具有积极的指导意义。

［1］ 邬正义，范 瑜，徐惠钢.现代无线通信技术［M］.北京：高等教育出版社，2006：342－343.

［2］ 郭宏志.Android应用开发详解［M］.北京：电子工业出版社，2010：173－175.

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［7］ 胡虔生，胡敏强.电机学［M］.北京：中国电力出版社，2009：145－146.

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