Arduino与Android蓝牙通信的方法是什么

发布时间：2022-01-12 16:06:14 作者：iii
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# Arduino与Android蓝牙通信的方法是什么

## 引言

在物联网(IoT)和智能设备快速发展的今天，嵌入式设备与移动终端之间的无线通信需求日益增长。Arduino作为开源硬件平台，与Android智能手机通过蓝牙建立通信连接，成为许多创客、开发者和工程师实现设备远程控制、数据采集等功能的常见选择。本文将全面介绍Arduino与Android之间蓝牙通信的实现方法，涵盖硬件选型、软件配置、代码实现及典型应用场景。

## 一、硬件准备

### 1.1 所需硬件组件
要实现Arduino与Android蓝牙通信，需要准备以下硬件：

- **Arduino开发板**：如Arduino Uno、Nano或Mega等
- **蓝牙模块**：常用型号包括：
  - HC-05（主从一体模块）
  - HC-06（从机模式专用）
  - BLE模块（如HM-10，支持低功耗蓝牙）
- **杜邦线**：用于连接电路
- **Android智能手机**：系统版本建议4.4以上

### 1.2 蓝牙模块选型对比

| 型号   | 工作模式       | 通信协议 | 供电电压 | 特点                     |
|--------|----------------|----------|----------|--------------------------|
| HC-05  | 主从一体       | 经典蓝牙 | 3.3-6V   | 支持AT指令配置           |
| HC-06  | 从机模式       | 经典蓝牙 | 3.3-6V   | 仅作为从设备             |
| HM-10  | 主从一体       | BLE      | 3.3V     | 低功耗，适合移动设备     |

### 1.3 电路连接示意图

以Arduino Uno与HC-05连接为例：

Arduino Uno HC-05蓝牙模块 5V —–> VCC GND —–> GND TX (1) —–> RX RX (0) —–> TX


> **注意**：部分蓝牙模块需要分压电路，因为Arduino的TX输出是5V电平，而蓝牙模块RX通常只接受3.3V电平。

## 二、软件环境配置

### 2.1 Arduino开发环境
1. 安装最新版Arduino IDE
2. 安装必要的库文件：
   - SoftwareSerial（通常已内置）
   - 对于BLE模块可能需要额外库如`BLEPeripheral`

### 2.2 Android开发环境
1. Android Studio 4.0+
2. 配置应用权限：
```xml
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION"/>

三、Arduino端实现

3.1 基础通信代码（以HC-05为例）

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial BTSerial(10, 11); // RX, TX

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  BTSerial.begin(38400); // HC-05默认波特率
  Serial.println("AT commands ready!");
}

void loop() {
  // 从蓝牙读取数据并发送到串口监视器
  if (BTSerial.available()) {
    Serial.write(BTSerial.read());
  }
  
  // 从串口监视器读取数据并发送到蓝牙
  if (Serial.available()) {
    BTSerial.write(Serial.read());
  }
}

3.2 AT指令配置蓝牙模块

通过串口发送AT指令可以修改蓝牙模块参数：

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  BTSerial.begin(38400);
  
  // 发送AT指令
  BTSerial.println("AT");
  delay(1000);
  
  // 修改设备名称
  BTSerial.println("AT+NAME=MY_BLUETOOTH");
  delay(1000);
  
  // 修改配对密码
  BTSerial.println("AT+PSWD=1234");
  delay(1000);
}

四、Android端实现

4.1 蓝牙权限处理

在AndroidManifest.xml中添加权限声明后，还需要在运行时请求权限：

// 检查并请求蓝牙权限
private void checkPermissions() {
    if (ContextCompat.checkSelfPermission(this, 
            Manifest.permission.ACCESS_FINE_LOCATION) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
        ActivityCompat.requestPermissions(this,
                new String[]{Manifest.permission.ACCESS_FINE_LOCATION},
                REQUEST_LOCATION_PERMISSION);
    }
}

4.2 蓝牙设备搜索与配对

// 获取蓝牙适配器
BluetoothAdapter bluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();

// 检查蓝牙是否可用
if (bluetoothAdapter == null) {
    // 设备不支持蓝牙
    return;
}

// 启动设备发现
if (!bluetoothAdapter.isDiscovering()) {
    bluetoothAdapter.startDiscovery();
}

// 注册广播接收器
IntentFilter filter = new IntentFilter(BluetoothDevice.ACTION_FOUND);
registerReceiver(receiver, filter);

// 广播接收器实现
private final BroadcastReceiver receiver = new BroadcastReceiver() {
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
        String action = intent.getAction();
        if (BluetoothDevice.ACTION_FOUND.equals(action)) {
            BluetoothDevice device = intent.getParcelableExtra(BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE);
            String deviceName = device.getName();
            String deviceAddress = device.getAddress();
            
            // 筛选目标设备
            if (deviceName != null && deviceName.equals("MY_BLUETOOTH")) {
                // 保存设备引用
                targetDevice = device;
            }
        }
    }
};

4.3 建立蓝牙连接

// 建立RFCOMM连接
private class ConnectThread extends Thread {
    private final BluetoothSocket mmSocket;
    
    public ConnectThread(BluetoothDevice device) {
        BluetoothSocket tmp = null;
        try {
            // 创建安全的RFCOMM连接
            tmp = device.createRfcommSocketToServiceRecord(
                UUID.fromString("00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB"));
        } catch (IOException e) {
            Log.e(TAG, "Socket创建失败", e);
        }
        mmSocket = tmp;
    }
    
    public void run() {
        // 取消设备发现以节省电量
        bluetoothAdapter.cancelDiscovery();
        
        try {
            // 连接设备
            mmSocket.connect();
            
            // 获取输入输出流
            InputStream inputStream = mmSocket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = mmSocket.getOutputStream();
            
            // 开始通信...
            
        } catch (IOException connectException) {
            try {
                mmSocket.close();
            } catch (IOException closeException) {
                Log.e(TAG, "无法关闭socket", closeException);
            }
            return;
        }
    }
}

五、数据通信协议设计

5.1 基础文本协议

最简单的通信方式可以直接发送文本字符串：

Android -> Arduino: "LED_ON\n"
Arduino -> Android: "TEMP:25.6\n"

5.2 二进制协议

对于需要高效传输的场景，可以使用二进制协议：

struct SensorData {
  uint8_t header;  // 0xAA
  float temperature;
  float humidity;
  uint8_t checksum;
};

5.3 JSON格式

对于复杂数据结构，可以使用JSON：

{
  "device": "Arduino_001",
  "timestamp": 1625097600,
  "sensors": {
    "temp": 25.6,
    "humidity": 60.2
  }
}

六、常见问题与解决方案

6.1 连接不稳定

可能原因：电源干扰、距离过远
解决方案：
- 为蓝牙模块添加电容滤波
- 确保通信距离在10米以内（经典蓝牙）

6.2 数据丢失

可能原因：缓冲区溢出、波特率不匹配
解决方案：
- 增加数据校验（如CRC校验）
- 统一两端波特率

6.3 兼容性问题

现象：部分Android设备无法连接
解决方案：
- 检查蓝牙模块兼容模式
- 尝试使用SPP协议替代BLE

七、进阶应用

7.1 多设备组网

通过主从配置，可以实现一个Android设备控制多个Arduino节点：

Android (主机) <---> HC-05 (主) 
                     |
                     +---> HC-06 (从1)
                     +---> HC-06 (从2)

7.2 数据加密传输

使用AES等加密算法保护通信安全：

#include <AESLib.h>

void sendEncryptedData(String plaintext) {
  byte key[] = {0x00,0x01,0x02,...,0x0F}; // 128位密钥
  byte plain[16], cipher[16];
  
  // 填充数据并加密
  aes128_enc_single(key, plain, cipher);
  
  // 发送加密数据
  BTSerial.write(cipher, 16);
}

结语

通过本文的介绍，我们系统地了解了Arduino与Android设备之间蓝牙通信的实现方法。从硬件连接到软件编程，从基础通信到高级应用，蓝牙技术为嵌入式设备与移动终端的交互提供了便捷的解决方案。随着技术的不断发展，BLE等低功耗技术将为物联网应用带来更多可能性。建议开发者在实际项目中根据具体需求选择合适的蓝牙方案，并充分考虑通信安全性和稳定性因素。

扩展阅读： 1. Android Bluetooth API官方文档 2. Arduino Bluetooth模块Wiki 3. 蓝牙协议规范 “`

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