Android与单片机的信息传输方案

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前言

本篇文章将围绕App与单片机的蓝牙通信来说说lz最近进行开发的一些方案与思考
此文分为三部分:

• 单片机的PWM与串口通信
• Android的蓝牙开发
• 单片机与Android App的通信方案

预览

视频观看：

http://v.youku.com/v_show/id_XMjQ5MTgyMTAwMA==.html

环境

单片机

• 单片机：STC89C52
• c语言
• 编写环境：Keil uVision4
• 烧录：stc-isp-15xx-v6.82

Android

• android sdk 16+
• Android studio 1.0+

单片机的PWM与串口通信

PWM

我相信PWM的概念大家都应该，如果还很模糊也可以去查查，可以看看这篇文章

http://www.eepw.com.cn/article/275890.htm

那么我们这里要说的，就是怎么通过程序去模拟pwm信号(有些单片机自带pwm处理，就无需写程序)，从程序的方面讲，我们要模拟PWM，就是让高电平持续一小段时间，然后再让低电平持续一段时间，也就是改变占空比。
那么再单片机中，这种关于频率的事情一般都是通过定时器来实现的，那么我的方案是这样的：
设置一个全局变量t，PWM_T，每当定时器中断的时候使t自增1，当t等于100的时候，使之高电平，并让t等于0，当t等于PWM_T的时候，使之低电平，这样，我们就可以通过改变PWM_T的值来改变占空比，从而实现通过目标的电压，使之达到调节的效果(例如调节led灯的亮度，调节电机的速度等)

/****************************************************
               定时器0中断模拟PWM
               调节led的亮度
****************************************************/
int t = 0;
int PWM_T = 0;   //占空比控制变
void main()
{
	TMOD = 0x22;   //定时器0，工作模式2，8位定时模式
	TH0=210;     //写入预置初值（取值1-255，数越大PWM频率越高）
	TL0=210;     //写入预置值 （取值1-255，数越大PWM频率越高）
	TR0=1;       //启动定时器
	ET0=1;       //允许定时器0中断
	EA=1;        //允许总中断
	P1=0xff; 	 //初始化P1，输出端口
	PWM_T=30;
	while(1)      
	{   	
		if(!up)   //当up按键按下的时候
		{
			if(PWM_T<100)
			{
				PWM_T+=1;
			}
			delay_1ms(20);
		}
		if(!down)  //当down按键按下的时候
		{
			if(PWM_T>0)
			{
				PWM_T-=1;
			}
			delay_1ms(20);
		}
	 }  
}

timer0() interrupt 1  
{ 
	t++;    //每次定时器溢出加1
	if(t==100)   //PWM周期 100个单位
	{
		t=0;  //使t=0，开始新的PWM周期
		P1=0x00;  //输出端口,使之低电平
	} 
	if(PWM_T==t)  //按照当前占空比切换输出为高电平
	{  
		P1=0xff;    //输出端口，使之高电平    
	}
}

串口通信

上面我们说了PWM调速，那么要达到app实时显示速度，就必须要单片机把速度传输给手机(在这里先用占空比模拟实时速度，道理是一样的，春节快递停了，测速模块还没到)，那么我的首选方案肯定是单片机通过蓝牙串口发送给app，app接收并进行显示，这里我的蓝牙模块是hc-06。串口通信很容易，但在这个过程中我发现难的地方是数据格式的定义和数据的解析，也就是说要统一使用16进制，还是10进制，数据的头节点和尾节点的定义，或者说数据每一位所代表的参数，在这里先埋个伏笔，文章的后面会对我自己的方案进行介绍.

Android蓝牙开发

那么android为我们提供的关于蓝牙的api其实已经很强大了，通常的步骤为：

1. 打开蓝牙
2. 搜索蓝牙设备
3. 进行配对
4. 连接
5. 数据的发送与接收

开启蓝牙

private BluetoothAdapter bluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();
/**
* 打开蓝牙
*/
public static void openBluetooth(@NonNull Activity activity) {
	if (INSTANCE.bluetoothAdapter == null) {
            // 设备不支持蓝牙
            Toast.makeText(INSTANCE.context.getApplicationContext(), "您的设备似乎不支持蓝牙", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            return;
	}
	Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
	activity.startActivityForResult(enableBtIntent, 6);
}

/**
* 关闭蓝牙
*/
public static void closeBluetooth() {
	if (INSTANCE.bluetoothAdapter != null) {
		INSTANCE.bluetoothAdapter.disable();
	}
}

/**
* 判断蓝牙是否打开
* @return boolean 蓝牙是否打开
*/
public static boolean isBluetoothOpen() {
	return INSTANCE.bluetoothAdapter != null && INSTANCE.bluetoothAdapter.isEnabled();
}

搜索附近的蓝牙设备

那么搜索蓝牙设备当然也是调用系统的api即可，然后系统通过广播接收者的方式告诉你，我找到设备了，下面po出代码

/**
* 搜索蓝牙设备
*/
public static void searchDevices() {
	INSTANCE.bluetoothDevices.clear();
	if (INSTANCE.bluetoothAdapter != null) {
		// 寻找蓝牙设备，android会将查找到的设备以广播形式发出去
		INSTANCE.bluetoothAdapter.startDiscovery();
	}
}

下面是所要接收的广播

    /**
     * 初始化过滤器
     */
    private void initIntentFilter() {
        // 设置广播信息过滤
        IntentFilter intentFilter = new IntentFilter();
        //搜索到设备
        intentFilter.addAction(BluetoothDevice.ACTION_FOUND);
        intentFilter.addAction(BluetoothAdapter.ACTION_DISCOVERY_STARTED);
        intentFilter.addAction(BluetoothAdapter.ACTION_DISCOVERY_FINISHED);
        //蓝牙状态改变
        intentFilter.addAction(BluetoothAdapter.ACTION_STATE_CHANGED);
        //绑定状态改变
        intentFilter.addAction(BluetoothDevice.ACTION_BOND_STATE_CHANGED);
        // 注册广播接收器，接收并处理搜索结果
        registerReceiver(receiver, intentFilter);
    }

那么当接收到广播的时候，只需调用BluetoothDevice device = intent.getParcelableExtra(BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE)就可以取出对应的搜索的蓝牙设备

蓝牙配对

 /**
     * 绑定设备
     *
     * @param device BluetoothDevice对象
     * @return 是否绑定成功
     */
    public static boolean bondDevice(BluetoothDevice device) {
        if (INSTANCE.bluetoothAdapter == null) {
            return false;
        }
        // 取消蓝牙设备搜索
        INSTANCE.bluetoothAdapter.cancelDiscovery();
        try {
            if (device.getBondState() == BluetoothDevice.BOND_NONE) {
                // 设备未配对，进行配对操作
                Method method = BluetoothDevice.class.getMethod("createBond");
                method.invoke(device);
            }
            return true;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return false;
    }

蓝牙连接

	BluetoothSocket socket;
	//获取一个uuid值
	UUID uuid = uuidCandidates.get(candidate++);
	//根据android不同sdk调用不同的api
	if (secure) {
		socket= device.createRfcommSocketToServiceRecord(uuid);
	} else {
		socket= device.createInsecureRfcommSocketToServiceRecord(uuid);
	}

数据的发送与接收

参考了网上很多关于蓝牙数据通信的做法，好多都是每发送一次数据都关闭socket，但是那样我觉得并不好，因为socket的开启与关闭都是比较耗费资源的，那么我的方案是开启一个线程保持socket连接进行蓝牙数据的接收与发送。

public class TouchMsgThread extends Thread {
    private  BluetoothSocket socket;
    private  InputStream inputStream;
    private  OutputStream outputStream;
    private  Handler handler;
    public TouchMsgThread(BluetoothSocket socket, Handler handler) {
        this.socket = socket;
        InputStream input = null;
        OutputStream output = null;
        this.handler = handler;
        try {
            input = socket.getInputStream();
            output = socket.getOutputStream();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.inputStream = input;
        this.outputStream = output;
    }
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                int count = 5;
                byte[] bytes = new byte[count];
                int readCount = 0; // 已经成功读取的字节的个数
	              while (readCount < count) {
                    readCount += inputStream.read(bytes, readCount, count - readCount);
               }
                int s = BinaryToHexString(bytes);
                Message message=handler.obtainMessage();
                message.what = 333;
                message.obj=s;
                handler.sendMessage(message);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                break;
            }
        }
    }
    public void write(byte[] bytes) {
        try {
            byte[] b = {-1,1,2,3,-1};
            outputStream.write(b);
            outputStream.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void cancel() {
        try {
            if(outputStream!=null){
                outputStream.close();
                outputStream = null;
            }
            if(inputStream!=null){
                inputStream.close();
                inputStream = null;
            }
            //socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //数据的检验，这里暂时先忽略
    public static int BinaryToHexString(byte[] bytes) {
        int result = 0;
        String temp = "";
        for(int i=0;i<5;i++){
            byte b = bytes[i];
            if(i==2){
                temp = Integer.toHexString((b & 0xff));
            }
            if(i==3){
                String hex = Integer.toHexString((b & 0xff));
                result = Integer.parseInt(temp+hex, 16);
            }
        }
        return result;
    }
}

单片机与Android的通信方案

制定协议

那么上面我们已经讲了单片机与Android怎么样通过蓝牙进行信息交互了，但是在实际应用中，二者之间传递的信息类型太多了，比如实时速度，电量，还有车子灯光打开，或者修改车子密码等等信息，那么单片机或者app要怎么去判断传递过来的是哪种信息呢？那么我们就必须去制定一套数据协议，这里看看我的方案，协议规定：

包头	类型位	数据位	数据位	结束位
0xFF	0x**	0x**	0x**	0xFF

那么我们的数据位可以分别代表高二位和低二位，那么通常情况下这种方案就可以满足我们的需求了。举个例子：

类型位	数据位	数据位	功能
0X00	0X02	0X00	前进
0X00	0X01	0X00	后退
0X00	0X03	0X00	左转
0X00	0X04	0X00	右转
0X00	0X00	0X00	停止
0X02	0x00	0X01	车灯亮
0X02	0x00	0X02	车灯灭
0X03	雷达数据高位	雷达数据低位	发送雷达数据

协议的解析

未完待续