基于手机与机器人之间蓝牙通信的论述

　　蓝牙技术是一种适用于近距离的无线通信技术，具有安全性高和受干扰性小的特点。文章拟通过分析蓝牙通信协议和Android智能手机系统，来论述利用手机作为上位机控制机器人移动的可能性。

　　引言

　　双足机器人具有出色的移动性能，因而对其行走控制的研究成为当今仿生机器人领域中最前沿的问题。采用有线控制方式对机器人的移动性能产生较大约束，而传统的无线调试方案，没有可视化界面，互动性差，功能单一;手机作为无线控制终端体积小，便于携带。智能手机可通过蓝牙或Wifi与机器人建立通讯。但蓝牙技术具有更好的抗干扰能力，系统稳定性也更强，适合短距离通信。

　　1 蓝牙模块

　　蓝牙具有一般无线通信设备的特点，同时还具有功耗小、传输稳定、安全可靠的优点，并且由于其自身体积小，可以集成在大部分MCU上，使用方便。蓝牙采用跳频扩谱、时分多址、码分多址等先进技术，可以在一定区域内建立多个通信与信息系统间的传输通道。采用2.4GHz的ISM频段，无需申请许可证。传输距离一般是10cm～10m，最大可实现100米的通信距离。蓝牙的内部结构模块如图1所示。

　　射频模块主要起到滤波和功率放大的功能，它可以将接收到的2.4GHz的高频信号变为中频信号，然后发送给基带控制器模块，同时将从基带控制器接收到的低中频信号变为2.4GHz的高频信号，然后再进行发射。基带控制器相当于蓝牙模块的大脑，通过它的快速处理可以使用户在使用时不用考虑低层硬件对数据的处理和传输过程。蓝牙模块自带IO口，方便程序和数据的读写。

　　与简单的静态选择频率相比，FHSS可以减少射频干扰。良好的稳定性与抗干扰性能对于环境十分恶劣的工作现场十分必要。总之，整个蓝牙协议结构简单，使用重传机制来保证链路的可靠性，在基带、链路管理和应用层中还可实行分级的多种安全机制，并且通过跳频技术可以消除网络环境中来自其它无线设备的干扰。

　　2 Android智能手机系统

　　安卓是一个以Linux作为基础的开源性的操作系统。最初通常应用在智能手机上，但是安卓因为其具有优秀的扩展性和大量的硬件作为支撑。安卓系统已经延伸到平板电脑、智能家具和可穿戴设备等其他方面。在智能手机领域，Android系统已经超越苹果的IOS系统和塞班等操作系统，成为世界上使用最广泛的操作系统。它的迅速普及主要归因于以下几点：

　　(1)良好的继承性和扩展性;

　　(2)开发软件上带有虚拟机，可脱离手机进行测试;

　　(3)丰富的开发环境，包含模拟器和基于Eclipse的一系列插件。

　　安卓的系统架构就是其操作系统的一个整体结构，是程序员开发应用拓展软件的基本。Android的系统架构包括应用程序、系统库、应用程序框架、安卓运行时和Linux内核五部分构成。其中应用程序框架是开发Android应用的基础。软件研发员可以通过它方便的编写出一个简易的软件，在此基础上再进行进一步的完善和补充。系统库是介于Linux内核和应用程序框架之间的沟通桥梁。为Android平台提供丰富的功能和全面的服务。其结构如图2所示。

　　Linux内核是Android平台开放性的基础，自带有数量庞大基本函数库，软件开发者在编写程序时可直接调用。例如蓝牙设备之间的数据传输是通过Socket通道实现，开发程序时主要用到以下蓝牙应用程序接口：BluetoothAdapter(蓝牙适配器)、BluetoothDevice(蓝牙远端设备)、BluetoothSocket(蓝牙套接字)、BluetoothServerSocket(蓝牙服务套接字)等。

　　3 结束语

　　文章介绍了利用蓝牙技术实现手机对机器人控制的原理。无线控制的实现有助于解决传统遥控技术的部分缺点。利用智能设备的蓝牙功能具有移动性强、便携式好、成本低、不依赖网络等特点，移动控制设备的终端也不仅限于智能手机，所有android智能设备都可以实现。

　　作者：芦文彬　宁祎　郭爱芹 来源：科技创新与应用 2016年21期