基于Arduino/Android的蓝牙通信系统设计
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摘要：针对当今安全监控系统的发展需求，以Arduino开发板和手持Android终端为研究重点，给出了包括Arduino开发板及板端程序，以及手持 Android客户端程序的蓝牙通信系统设计方案，其中Arduino开发板端将采集到的温度数据通过蓝牙传送到手持Android客户端，并通过应用程序在手持终端上显示。测试表明，这种蓝牙通信系统能够为安全监控系统提供更加经济和安全的通信方式。
关键词：Arduino；Android；蓝牙；通信系统
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：2095-1302(2012)05-0050-02
0 引言
随着当今安全管理的发展需求以及国家对安全监控行业的支持，这几年，安全监控行业发展迅猛，各类监控系统百花齐放。传统的温度监控系统通过有线或其他方式传送温度数据，而本文提出了利用蓝牙无线传输数据的设计方案，这种利用蓝牙传输的设计方法，可以节约成本，提高生产效率和工作的灵活性。
1系统硬件设计
Arduino是一块基于开放源代码的USB接口Simple I/O接口板（包括12通道数字GPIO，4通道PWM输出，6~8通道10 bit ADC输入通道），该系统的硬件主要由arduino UNO主控板、Arduino Xbee传感器扩展板、蓝牙串口模块和数字温度传感器组成。
1.1 Arduino UNO 主控板
对于开放原始码的电路图设计，可通过程式开发界面免费下载，也可依照需求自己修改。使用低价格的微处理控制器ATMEGA328P-PU；可依据官方电路图简化Arduino模组，从而完成独立运作的微处理控制器；还可简单地与传感器、各式各样的电子元件 (如红外线、 超声波、 热敏电阻、 光敏电阻、伺服电机等)进行连接； USB接口可以不需外接电源，500 mA自恢复保险丝可以避免电脑USB电源过载，另外，还有提供9VDC输入接口，USB与外接电源可自动切换。在应用方面，利用Arduino可以突破以往只能使用滑鼠、键盘、CCD等输入装置的互动内容，因而可以更简单地达成单人或多人游戏互动。
1.2 Arduino Xbee传感器扩展板
Arduino Xbee传感器扩展板V5含有RS 485总线/无线数传/蓝牙串口，其主要功能是使蓝牙芯片、温度传感器与主控板相连。
1.3蓝牙串口模块
DF-BluetoothV3蓝牙模块采用独特双层板设计，既美观又可防止静电损坏模块。可以设计两个电源输入口，一个宽电压供电（3.5~8 V），一个3.3 V供电，以适用于各种场合。系统可以用STATE和LINK指示灯清晰显示模块工作状态和连接状态，其中，STATE状态有搜索状态(高104 ms，周期342 ms，2.9 Hz闪烁)和连接状态(高104 ms，周期2 s，0.5 Hz闪烁)；而LINK状态一般在配对后常亮。
1.4数字温度传感器
选用DS18B20数字温度传感器可以对环境温度进行定量检测。DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器。其测温范围为-55~+125 ℃，固有测温分辨率为0.5 ℃，可支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上实现多点测温，测量结果以9~12位数字量方式串行传送。
2系统的软件设计
2.1 Arduino 控制软件设计
Arduino具有类似于Java和C语言的IDE集成开发环境，其编程语言类似于C语言，用户可以通过USB接口直接进行编程和通信。Arduino端软件的主要功能是要主控板将温度感应器探测到的温度通过蓝牙芯片传递给手机终端。
2.2 android 手机端软件设计
Android是基于Linux内核的操作系统。Android的实质是一种软件架构，主要由操作系统、中间件以及一些关键应用组成。作为由Linux+Java构成的开源软件，Android已经越来越多地出现在我们的生活中：手机、平板电脑，还有将来的电视甚至汽车。它是当今最火爆，市场占有率最高的移动终端操作系统。而手机端主要通过蓝牙接收Arduino端传递过来的数据，并在手机界面上显示。
3蓝牙通信
3.1蓝牙技术简介
蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10 m内）的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用蓝牙技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与Internet之间的通信，从而使数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4 GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1 Mb/s。采用时分双工传输方案，可实现全双工传输。
3.2 蓝牙协议
本系统中主要用的是蓝牙配对和Bluetooth Serial Port 协议。其中配对是两个 Bluetooth 设备间建立新关系的过程。在此过程中，将交换链路密钥（在请求建立连接之前或在连接阶段）；而Bluetooth Serial Port的主要功能是将Bluetooth的通信转化成Virtual Serial Port（虚拟串口）。经过这样的转换后，使用Bluetooth的Client程序就可以像使用串口一样操作Bluetooth，并通过这个把采集到的温度数值传递给手机端。
3.3蓝牙传输过程
Arduino主控板可将温度传感器探测到的温度以一定发送频率通过蓝牙芯片，以Bluetooth Serial Port虚拟串口的方式传递给手机端，然后由手机端在界面上显示温度。图1所示是本系统的蓝牙传输过程图。
4结语
本系统是基于Arduino平台和Android终端的操作系统，系统先通过温度探测器采集温度信息，并通过蓝牙芯片传递给手机端。整个系统稳定可靠，成本低廉，丰富了安防监控手段。此外，Arduino 功能强大，且与Android的耦合性极佳，还可以在本系统的方案上修改，从而开发出满足自身需求的通信控制系统。
参考文献
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