基于手機與機器人之間藍牙通信的論述

摘 要：藍牙技術是一種適用于近距離的無線通信技術，具有安全性高和受干擾性小的特點。文章擬通過分析藍牙通信協(xié)議和Android智能手機系統(tǒng)，來論述利用手機作為上位機控制機器人移動的可能性。

關鍵詞：Android智能手機；移動機器人；藍牙模塊

引言

雙足機器人具有出色的移動性能，因而對其行走控制的研究成為當今仿生機器人領域中最前沿的問題。采用有線控制方式對機器人的移動性能產(chǎn)生較大約束，而傳統(tǒng)的無線調(diào)試方案，沒有可視化界面，互動性差，功能單一；手機作為無線控制終端體積小，便于攜帶。智能手機可通過藍牙或Wifi與機器人建立通訊。但藍牙技術具有更好的抗干擾能力，系統(tǒng)穩(wěn)定性也更強，適合短距離通信。

1 藍牙模塊

藍牙具有一般無線通信設備的特點，同時還具有功耗小、傳輸穩(wěn)定、安全可靠的優(yōu)點，并且由于其自身體積小，可以集成在大部分MCU上，使用方便。藍牙采用跳頻擴譜、時分多址、碼分多址等先進技術，可以在一定區(qū)域內(nèi)建立多個通信與信息系統(tǒng)間的傳輸通道。采用2.4GHz的ISM頻段，無需申請許可證。傳輸距離一般是10cm～10m，最大可實現(xiàn)100米的通信距離。藍牙的內(nèi)部結構模塊如圖1所示。

射頻模塊主要起到濾波和功率放大的功能，它可以將接收到的2.4GHz的高頻信號變?yōu)橹蓄l信號，然后發(fā)送給基帶控制器模塊，同時將從基帶控制器接收到的低中頻信號變?yōu)?.4GHz的高頻信號，然后再進行發(fā)射?；鶐Э刂破飨喈斢谒{牙模塊的大腦，通過它的快速處理可以使用戶在使用時不用考慮低層硬件對數(shù)據(jù)的處理和傳輸過程。藍牙模塊自帶IO口，方便程序和數(shù)據(jù)的讀寫。

與簡單的靜態(tài)選擇頻率相比，F(xiàn)HSS可以減少射頻干擾。良好的穩(wěn)定性與抗干擾性能對于環(huán)境十分惡劣的工作現(xiàn)場十分必要。總之，整個藍牙協(xié)議結構簡單，使用重傳機制來保證鏈路的可靠性，在基帶、鏈路管理和應用層中還可實行分級的多種安全機制，并且通過跳頻技術可以消除網(wǎng)絡環(huán)境中來自其它無線設備的干擾。

2 Android智能手機系統(tǒng)

安卓是一個以Linux作為基礎的開源性的操作系統(tǒng)。最初通常應用在智能手機上，但是安卓因為其具有優(yōu)秀的擴展性和大量的硬件作為支撐。安卓系統(tǒng)已經(jīng)延伸到平板電腦、智能家具和可穿戴設備等其他方面。在智能手機領域，Android系統(tǒng)已經(jīng)超越蘋果的IOS系統(tǒng)和塞班等操作系統(tǒng)，成為世界上使用最廣泛的操作系統(tǒng)。它的迅速普及主要歸因于以下幾點：

（1）良好的繼承性和擴展性；

（2）開發(fā)軟件上帶有虛擬機，可脫離手機進行測試；

（3）豐富的開發(fā)環(huán)境，包含模擬器和基于Eclipse的一系列插件。

安卓的系統(tǒng)架構就是其操作系統(tǒng)的一個整體結構，是程序員開發(fā)應用拓展軟件的基本。Android的系統(tǒng)架構包括應用程序、系統(tǒng)庫、應用程序框架、安卓運行時和Linux內(nèi)核五部分構成。其中應用程序框架是開發(fā)Android應用的基礎。軟件研發(fā)員可以通過它方便的編寫出一個簡易的軟件，在此基礎上再進行進一步的完善和補充。系統(tǒng)庫是介于Linux內(nèi)核和應用程序框架之間的溝通橋梁。為Android平臺提供豐富的功能和全面的服務。其結構如圖2所示。

Linux內(nèi)核是Android平臺開放性的基礎，自帶有數(shù)量龐大基本函數(shù)庫，軟件開發(fā)者在編寫程序時可直接調(diào)用。例如藍牙設備之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過Socket通道實現(xiàn)，開發(fā)程序時主要用到以下藍牙應用程序接口：BluetoothAdapter（藍牙適配器）、BluetoothDevice（藍牙遠端設備）、BluetoothSocket（藍牙套接字）、BluetoothServerSocket（藍牙服務套接字）等。

3 結束語

文章介紹了利用藍牙技術實現(xiàn)手機對機器人控制的原理。無線控制的實現(xiàn)有助于解決傳統(tǒng)遙控技術的部分缺點。利用智能設備的藍牙功能具有移動性強、便攜式好、成本低、不依賴網(wǎng)絡等特點，移動控制設備的終端也不僅限于智能手機，所有android智能設備都可以實現(xiàn)。

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