让Arduino成为Android的“可穿戴设备”

谢作如

Android手机虽然已经附带了多种传感器，如方向、重力、距离、加速度等。并且早在Android2.3（gingerbread）系统中，Google就提供了11种传感器供应用层使用。但是，并非所有Android手机都把这些传感器配齐了，如温度、湿度、气压之类的传感器就不常见。为了使Android手机能支持更多的应用，越来越多的手机外设就涌现出来，可穿戴设备开发在短时间内就成为了硬件开发方面的“时尚”。其实，可穿戴设备的开发门槛并不高，通过Arduino，我们也可以初步体验Android的“可穿戴设备”的开发。

可穿戴设备指直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。手机可穿戴设备将会给我们的生活、感知带来很大的转变。但是，可穿戴设备中的传感器未必一定是手机中所没有的，如最近很流行的智能手环，其核心传感器就是加速度传感器和陀螺仪，都是智能手机标配的传感器。我们选择了温度和湿度传感器，通过Arduino将传感器数值发送给Android手机，以期通过这一项目来体验可穿戴设备和手机的信息互动。

● 项目描述

本项目设计了一个简单的通讯协议，让Arduino能通过蓝牙将各种传感器（以温度和湿度传感器为例）的信息传输到Android手机，并显示出来。本项目的难度设计为中小学生都能完成，Arduino的程序我们选择用ArduBlock编写，而手机的程序由App Inventor编写。这个项目的流程如图1所示。

● 项目分析

1.协议设计

与本栏目上期文章《用Android控制Arduino小车》一样，首先需要为Android和Arduino设计通讯协议。这个协议规定了数据的格式以及数据代表的意义。针对ArduBlock教育版和App Inventor的特点，我设计了一个简单的通讯协议，各类数据的含义说明如表1。

因为App Inventor没有二进制的数据处理能力，这个通讯协议只能使用字符形式传送数值。虽然效率不高，但也通俗易懂。之所以采用6个字符，是因为Arduino的A/d的转换分辨率为10位，即0～1023之间，需要留下4个字符，第一个字符是为了标识模拟传感器的针脚。而第二个字符永远是1，并没有实际作用，仅仅是因为在ArduBlock教育版可以使用“10000+传感器值”的简单表达式来补足传感器数值不足4位时需要补上的“0”。

另外，ArduBlock教育版的串口打印会自动加上回车（这也是教育版为了简化积木模块而牺牲其更多功能的无奈之举），回车和换行刚好要占去2个字节，实际一次传输的是8个字符（字节）。

如果抛开这两款软件，我建议可以参照S4A的通讯协议，效率较高，2个字节就能完成一个传感器数据的传送。

2.设备选择

虽然这是一个测试的项目，并非开发真正意义上的可穿戴设备产品，但我还是物色了一款体积较小的Arduino板子，做出“可穿戴”的感觉来。经过比较，DFRobot公司推出的Bluno Nano主控板成了我的选择。Bluno Nano集成了低功耗的蓝牙4.0芯片，而且只有拇指大小，非常适合用来开发做可穿戴设备的原型（如下页图2）。

除了Bluno Nano主控板外，只有硬币般大小的Microduino的产品也很适合做可穿戴设备的原型（如图3）。

当然，如果仅仅想测试Arduino和Android的连接，可以找任何一款蓝牙模块来实现，具体可以参考本栏目的上期文章。至于温度和湿度传感器，网上可以选择的店铺很多，价格从几元到十几元不等，不再一一说明。

● 编程实现

1.Arduino程序

我们使用ArduBlock教育版来写Arduino的代码。ArduBlock教育版是一款经过优化的版本，界面清爽、分类清晰且命名规范，适合在中小学的课堂上使用。其串口输出功能很简单，就一个“串口打印加回车”积木模块，这一积木模块和Arduino代码的对应关系如表2。

因为表1设计的协议，我编写了从串口输出模拟端口A0和A1值的代码，每隔300毫秒传输一次数据。其中用“10000+传感器值”的简单表达式，补足了传感器数值不足4位时需要添加的“0”。这样加上回车换行，传输一个传感器的数值刚好需要8个字节（如图4）。

转成Arduino代码后为：

int _ABVAR_1_A0 = 0 ；

int _ABVAR_2_A1 = 0 ；

void setup（）

{

Serial.begin（9600）；

}

void loop（）

{

_ABVAR_1_A0 = （ analogRead（0） + 10000 ） ；

_ABVAR_2_A1 = （ analogRead（1） + 10000 ） ；

Serial.print（"0"）；

Serial.print（_ABVAR_1_A0）；

Serial.println（）；

Serial.print（"1"）；

Serial.print（_ABVAR_2_A1）；

Serial.println（）；

delay（ 300 ）；

}

注意：如果出现下载失败的情况，请参照本栏目上期文章进行相应处理。

2.App Inventor程序

Android端App程序的主要功能是接收Arduino发送的数据，然后显示在屏幕上。代码并不复杂，除了常见的Label、TextBox、Button外，还需要ListPicker、BluetoothClient这几个必要的控件。因为要实时接收数据，我还加上了Clock这一时间控件。具体界面如图5所示。

App中所涉及控件的作用简要说明如表3。

接下来，我们可以开始编写代码了，其中给ListPicker1控件写选择蓝牙设备的代码。需要注意的是，这个控件仅能显示手机已经配对过的蓝牙设备（如图6）。

给Button1控件编写Click事件，为了使程序更加完善，我添加了针对各种意外情况，会显示不同提示的代码（如图7）。

Clock1控件的TimerEnabled属性默认值为false，当连接了蓝牙设备，TimerEnabled就修改为true。Clock1控件Timer事件代码如图8所示。

因为代码篇幅过长，影响了截图，这里我仅仅写了一个传感器。为了便于观察，我将获取的字符显示在Label4上。

3.运行测试

编译为APK文件，然后安装。App的运行效果如图9所示。Bluno Nano主控板上的蓝牙默认配对码是1234，连接上后，就能看到传送过来的数据了。

● 拓展应用

在本项目中，Android仅仅将接收到的传感器数据显示出来，并没有做进一步的处理，也没有根据传感器信息，控制Arduino执行相应的动作。一般来说，手机还要对可穿戴设备的数据进行进一步处理，并存储在云服务器上，以便更加深入地进行分析。例如，智能手环可以统计用户每天的运动路径、消耗卡路里和摄入热量，也能根据事先的设定，通过振动马达来提醒用户应该运动或者休息了。结合本栏目上一期文章的内容，相信让中小学生实现这样的功能并不会很难。

● 总结

本项目还可以应用在某些特殊场合，如无线抄水电表，甚至也可以把Android作为Arduino的蓝牙显示屏来使用。蓝牙4.0的功耗很低，应用范围很广，Android手机结合Arduino后，功能将大大提高。从本质上看，可穿戴设备和智能家居、物联网并没有太大的区别，App Inventor编程的价值就在于其和硬件结合紧密，让学生们玩玩最新的技术吧。endprint

Android手机虽然已经附带了多种传感器，如方向、重力、距离、加速度等。并且早在Android2.3（gingerbread）系统中，Google就提供了11种传感器供应用层使用。但是，并非所有Android手机都把这些传感器配齐了，如温度、湿度、气压之类的传感器就不常见。为了使Android手机能支持更多的应用，越来越多的手机外设就涌现出来，可穿戴设备开发在短时间内就成为了硬件开发方面的“时尚”。其实，可穿戴设备的开发门槛并不高，通过Arduino，我们也可以初步体验Android的“可穿戴设备”的开发。

可穿戴设备指直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。手机可穿戴设备将会给我们的生活、感知带来很大的转变。但是，可穿戴设备中的传感器未必一定是手机中所没有的，如最近很流行的智能手环，其核心传感器就是加速度传感器和陀螺仪，都是智能手机标配的传感器。我们选择了温度和湿度传感器，通过Arduino将传感器数值发送给Android手机，以期通过这一项目来体验可穿戴设备和手机的信息互动。

● 项目描述

本项目设计了一个简单的通讯协议，让Arduino能通过蓝牙将各种传感器（以温度和湿度传感器为例）的信息传输到Android手机，并显示出来。本项目的难度设计为中小学生都能完成，Arduino的程序我们选择用ArduBlock编写，而手机的程序由App Inventor编写。这个项目的流程如图1所示。

● 项目分析

1.协议设计

与本栏目上期文章《用Android控制Arduino小车》一样，首先需要为Android和Arduino设计通讯协议。这个协议规定了数据的格式以及数据代表的意义。针对ArduBlock教育版和App Inventor的特点，我设计了一个简单的通讯协议，各类数据的含义说明如表1。

因为App Inventor没有二进制的数据处理能力，这个通讯协议只能使用字符形式传送数值。虽然效率不高，但也通俗易懂。之所以采用6个字符，是因为Arduino的A/d的转换分辨率为10位，即0～1023之间，需要留下4个字符，第一个字符是为了标识模拟传感器的针脚。而第二个字符永远是1，并没有实际作用，仅仅是因为在ArduBlock教育版可以使用“10000+传感器值”的简单表达式来补足传感器数值不足4位时需要补上的“0”。

另外，ArduBlock教育版的串口打印会自动加上回车（这也是教育版为了简化积木模块而牺牲其更多功能的无奈之举），回车和换行刚好要占去2个字节，实际一次传输的是8个字符（字节）。

如果抛开这两款软件，我建议可以参照S4A的通讯协议，效率较高，2个字节就能完成一个传感器数据的传送。

2.设备选择

虽然这是一个测试的项目，并非开发真正意义上的可穿戴设备产品，但我还是物色了一款体积较小的Arduino板子，做出“可穿戴”的感觉来。经过比较，DFRobot公司推出的Bluno Nano主控板成了我的选择。Bluno Nano集成了低功耗的蓝牙4.0芯片，而且只有拇指大小，非常适合用来开发做可穿戴设备的原型（如下页图2）。

除了Bluno Nano主控板外，只有硬币般大小的Microduino的产品也很适合做可穿戴设备的原型（如图3）。

当然，如果仅仅想测试Arduino和Android的连接，可以找任何一款蓝牙模块来实现，具体可以参考本栏目的上期文章。至于温度和湿度传感器，网上可以选择的店铺很多，价格从几元到十几元不等，不再一一说明。

● 编程实现

1.Arduino程序

我们使用ArduBlock教育版来写Arduino的代码。ArduBlock教育版是一款经过优化的版本，界面清爽、分类清晰且命名规范，适合在中小学的课堂上使用。其串口输出功能很简单，就一个“串口打印加回车”积木模块，这一积木模块和Arduino代码的对应关系如表2。

因为表1设计的协议，我编写了从串口输出模拟端口A0和A1值的代码，每隔300毫秒传输一次数据。其中用“10000+传感器值”的简单表达式，补足了传感器数值不足4位时需要添加的“0”。这样加上回车换行，传输一个传感器的数值刚好需要8个字节（如图4）。

转成Arduino代码后为：

int _ABVAR_1_A0 = 0 ；

int _ABVAR_2_A1 = 0 ；

void setup（）

{

Serial.begin（9600）；

}

void loop（）

{

_ABVAR_1_A0 = （ analogRead（0） + 10000 ） ；

_ABVAR_2_A1 = （ analogRead（1） + 10000 ） ；

Serial.print（"0"）；

Serial.print（_ABVAR_1_A0）；

Serial.println（）；

Serial.print（"1"）；

Serial.print（_ABVAR_2_A1）；

Serial.println（）；

delay（ 300 ）；

}

注意：如果出现下载失败的情况，请参照本栏目上期文章进行相应处理。

2.App Inventor程序

Android端App程序的主要功能是接收Arduino发送的数据，然后显示在屏幕上。代码并不复杂，除了常见的Label、TextBox、Button外，还需要ListPicker、BluetoothClient这几个必要的控件。因为要实时接收数据，我还加上了Clock这一时间控件。具体界面如图5所示。

App中所涉及控件的作用简要说明如表3。

接下来，我们可以开始编写代码了，其中给ListPicker1控件写选择蓝牙设备的代码。需要注意的是，这个控件仅能显示手机已经配对过的蓝牙设备（如图6）。

给Button1控件编写Click事件，为了使程序更加完善，我添加了针对各种意外情况，会显示不同提示的代码（如图7）。

Clock1控件的TimerEnabled属性默认值为false，当连接了蓝牙设备，TimerEnabled就修改为true。Clock1控件Timer事件代码如图8所示。

因为代码篇幅过长，影响了截图，这里我仅仅写了一个传感器。为了便于观察，我将获取的字符显示在Label4上。

3.运行测试

编译为APK文件，然后安装。App的运行效果如图9所示。Bluno Nano主控板上的蓝牙默认配对码是1234，连接上后，就能看到传送过来的数据了。

● 拓展应用

在本项目中，Android仅仅将接收到的传感器数据显示出来，并没有做进一步的处理，也没有根据传感器信息，控制Arduino执行相应的动作。一般来说，手机还要对可穿戴设备的数据进行进一步处理，并存储在云服务器上，以便更加深入地进行分析。例如，智能手环可以统计用户每天的运动路径、消耗卡路里和摄入热量，也能根据事先的设定，通过振动马达来提醒用户应该运动或者休息了。结合本栏目上一期文章的内容，相信让中小学生实现这样的功能并不会很难。

● 总结

本项目还可以应用在某些特殊场合，如无线抄水电表，甚至也可以把Android作为Arduino的蓝牙显示屏来使用。蓝牙4.0的功耗很低，应用范围很广，Android手机结合Arduino后，功能将大大提高。从本质上看，可穿戴设备和智能家居、物联网并没有太大的区别，App Inventor编程的价值就在于其和硬件结合紧密，让学生们玩玩最新的技术吧。endprint

Android手机虽然已经附带了多种传感器，如方向、重力、距离、加速度等。并且早在Android2.3（gingerbread）系统中，Google就提供了11种传感器供应用层使用。但是，并非所有Android手机都把这些传感器配齐了，如温度、湿度、气压之类的传感器就不常见。为了使Android手机能支持更多的应用，越来越多的手机外设就涌现出来，可穿戴设备开发在短时间内就成为了硬件开发方面的“时尚”。其实，可穿戴设备的开发门槛并不高，通过Arduino，我们也可以初步体验Android的“可穿戴设备”的开发。

可穿戴设备指直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。手机可穿戴设备将会给我们的生活、感知带来很大的转变。但是，可穿戴设备中的传感器未必一定是手机中所没有的，如最近很流行的智能手环，其核心传感器就是加速度传感器和陀螺仪，都是智能手机标配的传感器。我们选择了温度和湿度传感器，通过Arduino将传感器数值发送给Android手机，以期通过这一项目来体验可穿戴设备和手机的信息互动。

● 项目描述

本项目设计了一个简单的通讯协议，让Arduino能通过蓝牙将各种传感器（以温度和湿度传感器为例）的信息传输到Android手机，并显示出来。本项目的难度设计为中小学生都能完成，Arduino的程序我们选择用ArduBlock编写，而手机的程序由App Inventor编写。这个项目的流程如图1所示。

● 项目分析

1.协议设计

与本栏目上期文章《用Android控制Arduino小车》一样，首先需要为Android和Arduino设计通讯协议。这个协议规定了数据的格式以及数据代表的意义。针对ArduBlock教育版和App Inventor的特点，我设计了一个简单的通讯协议，各类数据的含义说明如表1。

因为App Inventor没有二进制的数据处理能力，这个通讯协议只能使用字符形式传送数值。虽然效率不高，但也通俗易懂。之所以采用6个字符，是因为Arduino的A/d的转换分辨率为10位，即0～1023之间，需要留下4个字符，第一个字符是为了标识模拟传感器的针脚。而第二个字符永远是1，并没有实际作用，仅仅是因为在ArduBlock教育版可以使用“10000+传感器值”的简单表达式来补足传感器数值不足4位时需要补上的“0”。

另外，ArduBlock教育版的串口打印会自动加上回车（这也是教育版为了简化积木模块而牺牲其更多功能的无奈之举），回车和换行刚好要占去2个字节，实际一次传输的是8个字符（字节）。

如果抛开这两款软件，我建议可以参照S4A的通讯协议，效率较高，2个字节就能完成一个传感器数据的传送。

2.设备选择

虽然这是一个测试的项目，并非开发真正意义上的可穿戴设备产品，但我还是物色了一款体积较小的Arduino板子，做出“可穿戴”的感觉来。经过比较，DFRobot公司推出的Bluno Nano主控板成了我的选择。Bluno Nano集成了低功耗的蓝牙4.0芯片，而且只有拇指大小，非常适合用来开发做可穿戴设备的原型（如下页图2）。

除了Bluno Nano主控板外，只有硬币般大小的Microduino的产品也很适合做可穿戴设备的原型（如图3）。

当然，如果仅仅想测试Arduino和Android的连接，可以找任何一款蓝牙模块来实现，具体可以参考本栏目的上期文章。至于温度和湿度传感器，网上可以选择的店铺很多，价格从几元到十几元不等，不再一一说明。

● 编程实现

1.Arduino程序

我们使用ArduBlock教育版来写Arduino的代码。ArduBlock教育版是一款经过优化的版本，界面清爽、分类清晰且命名规范，适合在中小学的课堂上使用。其串口输出功能很简单，就一个“串口打印加回车”积木模块，这一积木模块和Arduino代码的对应关系如表2。

因为表1设计的协议，我编写了从串口输出模拟端口A0和A1值的代码，每隔300毫秒传输一次数据。其中用“10000+传感器值”的简单表达式，补足了传感器数值不足4位时需要添加的“0”。这样加上回车换行，传输一个传感器的数值刚好需要8个字节（如图4）。

转成Arduino代码后为：

int _ABVAR_1_A0 = 0 ；

int _ABVAR_2_A1 = 0 ；

void setup（）

{

Serial.begin（9600）；

}

void loop（）

{

_ABVAR_1_A0 = （ analogRead（0） + 10000 ） ；

_ABVAR_2_A1 = （ analogRead（1） + 10000 ） ；

Serial.print（"0"）；

Serial.print（_ABVAR_1_A0）；

Serial.println（）；

Serial.print（"1"）；

Serial.print（_ABVAR_2_A1）；

Serial.println（）；

delay（ 300 ）；

}

注意：如果出现下载失败的情况，请参照本栏目上期文章进行相应处理。

2.App Inventor程序

Android端App程序的主要功能是接收Arduino发送的数据，然后显示在屏幕上。代码并不复杂，除了常见的Label、TextBox、Button外，还需要ListPicker、BluetoothClient这几个必要的控件。因为要实时接收数据，我还加上了Clock这一时间控件。具体界面如图5所示。

App中所涉及控件的作用简要说明如表3。

接下来，我们可以开始编写代码了，其中给ListPicker1控件写选择蓝牙设备的代码。需要注意的是，这个控件仅能显示手机已经配对过的蓝牙设备（如图6）。

给Button1控件编写Click事件，为了使程序更加完善，我添加了针对各种意外情况，会显示不同提示的代码（如图7）。

Clock1控件的TimerEnabled属性默认值为false，当连接了蓝牙设备，TimerEnabled就修改为true。Clock1控件Timer事件代码如图8所示。

因为代码篇幅过长，影响了截图，这里我仅仅写了一个传感器。为了便于观察，我将获取的字符显示在Label4上。

3.运行测试

编译为APK文件，然后安装。App的运行效果如图9所示。Bluno Nano主控板上的蓝牙默认配对码是1234，连接上后，就能看到传送过来的数据了。

● 拓展应用

在本项目中，Android仅仅将接收到的传感器数据显示出来，并没有做进一步的处理，也没有根据传感器信息，控制Arduino执行相应的动作。一般来说，手机还要对可穿戴设备的数据进行进一步处理，并存储在云服务器上，以便更加深入地进行分析。例如，智能手环可以统计用户每天的运动路径、消耗卡路里和摄入热量，也能根据事先的设定，通过振动马达来提醒用户应该运动或者休息了。结合本栏目上一期文章的内容，相信让中小学生实现这样的功能并不会很难。

● 总结

本项目还可以应用在某些特殊场合，如无线抄水电表，甚至也可以把Android作为Arduino的蓝牙显示屏来使用。蓝牙4.0的功耗很低，应用范围很广，Android手机结合Arduino后，功能将大大提高。从本质上看，可穿戴设备和智能家居、物联网并没有太大的区别，App Inventor编程的价值就在于其和硬件结合紧密，让学生们玩玩最新的技术吧。endprint