【正文】 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)基于安卓控制的智能無線開關(guān)姓 名 黃桂文院（系） 自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化101班學(xué) 號(hào) 201010344132指導(dǎo)教師 羅松江職 稱 講師論文答辯日期 2014年 5月 25日仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院教務(wù)處75學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）承諾書本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中參考他人的文獻(xiàn)資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，沒有抄襲、剽竊他人研究成果。畢業(yè)論文作者： 簽字日期： 摘 要本課題研究的是基于安卓手機(jī)控制的智能無線開關(guān)設(shè)計(jì)?；赼ndroid手機(jī)平臺(tái)和ARM核心板，借助于藍(lán)牙技術(shù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種無線控制開關(guān)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)通過手機(jī)端無線控制ARM開發(fā)板端的LED燈的亮滅功能。Android手機(jī)作為客戶端發(fā)送藍(lán)牙信號(hào)，藍(lán)牙模塊HC06作為服務(wù)器端接收信號(hào)，并向服務(wù)器端的控制器ARM核心板傳遞信號(hào)。雙方通過串口進(jìn)行通信。ARM控制器通過判斷是否接收到信號(hào)從而控制核心板上的LED燈的亮滅。本文詳細(xì)介紹了基于安卓智能手機(jī)的無線開關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)。從課題的背景開始討論，接著到開發(fā)平臺(tái)的搭建，再到系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)，最后對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，分析出本系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)以及出現(xiàn)的不足。關(guān)鍵詞：android 藍(lán)牙 無線通信 ARM目 錄1 緒論 1前 言 1 近距離無線通信技術(shù)概述 2 課題的來源背景 5 6 6 設(shè)計(jì)要求 6 硬件的選取： 6： 72 開發(fā)環(huán)境的搭建 8 Linux開發(fā)環(huán)境搭建 8 關(guān)于Linux系統(tǒng) 8 關(guān)于GNU 8 利用Vmware虛擬機(jī)搭建Linux開發(fā)環(huán)境 8 安卓應(yīng)用開發(fā)環(huán)境搭建 10 關(guān)于Eclipse軟件 10 android SDK開發(fā)環(huán)境搭建 10 android NDK 開發(fā)環(huán)境搭建 113系統(tǒng)硬件的選取 13 關(guān)于ARM處理器 13 GEC210開發(fā)板簡(jiǎn)介 15 藍(lán)牙HC06模塊的簡(jiǎn)介 17 HC06模塊特征 17 AT 指令集 （對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行測(cè)試） 194 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 22 相關(guān)軟件編程技術(shù) 22 嵌入式C編程 22 系統(tǒng)底層軟件的設(shè)計(jì) 22 LED燈驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 22 LED燈測(cè)試程序設(shè)計(jì) 26 UART串口配置 28 系統(tǒng)上層軟件的設(shè)計(jì) 30 android應(yīng)用程序工程分析 30 智能手機(jī)端的應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 31 GEC210開發(fā)板端的應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 375 系統(tǒng)整體的調(diào)試 42 系統(tǒng)軟硬件的測(cè)試 42 結(jié)論與總結(jié) 45參 考 文 獻(xiàn) 46Abstract 47附錄： 48附錄一： 48附錄二： 50附錄三：AndroidApp工程源文件： 52 52 55 “關(guān)閉APP” 60 主界面布局文件： 61 63附錄四：ArmApp工程源代碼: 63 63 65 Jni源代碼文件： 65 65 69 70 70致 謝 71仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))成績(jī)?cè)u(píng)定表 72 1 緒論前 言隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的發(fā)展，搭載著免費(fèi)、開源的android操作系統(tǒng)的android智能手機(jī)在移動(dòng)平臺(tái)以其市場(chǎng)占有率第一的優(yōu)勢(shì)而大放異彩。然而在現(xiàn)實(shí)生活中存在著許多這樣的應(yīng)用情況，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)傳輸小量的、近距離的突發(fā)信號(hào)，這就需要近距離無線通信技術(shù)。因此，基于安卓智能手機(jī)控制的無線開關(guān)系統(tǒng)亦是一個(gè)值得關(guān)注的領(lǐng)域。安卓智能手機(jī)隨處可見，開關(guān)更是司空見慣，無線開關(guān)也是不再新鮮，然而基于安卓智能手機(jī)控制的無線開關(guān)確實(shí)一個(gè)較為新鮮的事物。本系統(tǒng)是一個(gè)基于安卓手機(jī)的智能無線開關(guān)系統(tǒng)，其涉及的硬件設(shè)備由處理單元（基于contexA8內(nèi)核的S5PV210處理器）、發(fā)射模塊（三星智能手機(jī)）、接收模塊（藍(lán)牙接收器）、ARM核心板以及其外接電路構(gòu)成。軟件系統(tǒng)則需要用JAVA語言寫兩個(gè)安卓APP，一個(gè)是安裝到手機(jī)端作為藍(lán)牙信號(hào)發(fā)送的發(fā)送端，另一個(gè)則是安裝到ARM核心板上作為藍(lán)牙信號(hào)的接收端。除此之外，還需要用C語言寫關(guān)于ARM板上的LED燈的硬件驅(qū)動(dòng)程序以及uart串口的初始化程序。當(dāng)發(fā)射模塊發(fā)出信號(hào)時(shí)，接收模塊會(huì)接收到無線信號(hào)，ARM處理器就會(huì)作出分析使對(duì)應(yīng)的LED燈執(zhí)行相應(yīng)的亮滅操作，以LED燈的亮滅來模擬開關(guān)的狀態(tài)。此設(shè)計(jì)需要用到C語言，JAVA語言，數(shù)字電路，模擬電路，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及安卓編程等相關(guān)知識(shí)。 近距離無線通信技術(shù)概述目前使用較廣泛的近距無線通信技術(shù)是藍(lán)牙(Bluetooth)，(WiFi)和紅外數(shù)據(jù)傳輸(IrDA)。同時(shí)還有一些具有發(fā)展?jié)摿Φ慕酂o線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它們分別是：ZigBee、超寬頻(Ultra WideBand)、短距通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT、無線1394和專用無線系統(tǒng)等。它們都有其立足的特點(diǎn)，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求；或著眼于功能的擴(kuò)充性；或符合某些單一應(yīng)用的特別要求；或建立競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的差異化等。但是沒有一種技術(shù)可以完美到足以滿足所有的需求。藍(lán)牙技術(shù)有其性價(jià)比高，普遍性（一般的智能手機(jī)都有搭載藍(lán)牙模塊）的特點(diǎn)，較為適合用作短距離無線通信，因此此處主要對(duì)藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行介紹。藍(lán)牙技術(shù)(bluetooth)技術(shù)是近幾年出現(xiàn)的，廣受業(yè)界關(guān)注的近距無線連接技術(shù)。它是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的短距離無線連接為基礎(chǔ)，可為固定的或移動(dòng)的終端設(shè)備提供廉價(jià)的接入服務(wù)。藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是為固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的近距無線接口，將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合起來，使各種設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信或操作。，提供1Mbps的傳輸速率和10m的傳輸距離。藍(lán)牙技術(shù)誕生于1994年，Ericsson當(dāng)時(shí)決定開發(fā)一種低功耗、低成本的無線接口，以建立手機(jī)及其附件間的通信。該技術(shù)還陸續(xù)獲得PC行業(yè)業(yè)界巨頭的支持。1998年，藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議由 Ericsson、IBM、Intel、NOKIA、Toshiba等5家公司達(dá)成一致。，由藍(lán)牙小組（SIG）負(fù)責(zé)開發(fā)。，后者已構(gòu)建到現(xiàn)行很多藍(lán)牙設(shè)備中。，具備一定的 QoS特性，并完整保持后向兼容性。藍(lán)牙行業(yè)是個(gè)突飛猛進(jìn)的行業(yè)，2004年到2011年，藍(lán)牙設(shè)備的綜合年增長(zhǎng)率為40％。07年藍(lán)牙設(shè)備的出貨量達(dá)5 億件，市場(chǎng)份額增加了71％。預(yù)計(jì)到2009，出貨量將達(dá)到２０億件。中國是世界最大的藍(lán)牙生產(chǎn)研發(fā)基地，全球80%的藍(lán)牙企業(yè)在中國，中國80%的藍(lán)牙企業(yè)在深圳。國內(nèi)最大的藍(lán)牙方案公司深圳市吉聯(lián)通數(shù)碼科技有限公司、國內(nèi)最大的藍(lán)牙電池邦凱電子有限公司、全球著名的藍(lán)牙鍵盤制造商中易騰達(dá)，國內(nèi)最著名的藍(lán)牙車載創(chuàng)美佳等公司都深圳，但藍(lán)牙技術(shù)遭遇了最大的障礙是過于昂貴，這就使得許多用戶不愿意花大價(jià)錢來購買這種無線設(shè)備。因此，首要解決的就是藍(lán)牙附屬地位的問題和藍(lán)牙芯片國產(chǎn)化的問題。隨著藍(lán)牙芯片國產(chǎn)化，中國確定自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，很快就可以解決目前中國藍(lán)牙企業(yè)“山寨化”的問題，讓所有中國藍(lán)牙企業(yè)生產(chǎn)合乎中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。二是進(jìn)入了藍(lán)牙產(chǎn)業(yè)鏈的上游，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。第三，可以借此解決目前藍(lán)牙使用上由于“配對(duì)”復(fù)雜，而妨礙用戶使用，造成市場(chǎng)推廣的障礙。以上優(yōu)勢(shì)的形成，必將改變中國藍(lán)牙行業(yè)的現(xiàn)有局面，并在深圳形成以高新技術(shù)為龍頭的一體化藍(lán)牙產(chǎn)業(yè)基地，更好的為全中國，全世界服務(wù)。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，藍(lán)牙的市場(chǎng)前景取決于藍(lán)牙價(jià)格和基于藍(lán)牙的應(yīng)用是否能達(dá)到一定的規(guī)模。有了藍(lán)牙，我們可以不再為數(shù)字家庭的布線而煩惱，移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)和掌上電腦等能隨心所欲無線連通。有了藍(lán)牙，這些設(shè)備即會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步。即使用戶的個(gè)人電腦放在手提箱內(nèi)，用戶也可以通過電話收電子郵件，通過移動(dòng)電話屏幕閱讀郵件標(biāo)題，而不會(huì)有到處找連接線、開機(jī)、關(guān)機(jī)等待等等諸如此類的一系列煩惱。藍(lán)牙技術(shù)擁有廣闊的潛力市場(chǎng)。 android操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介Android操作系統(tǒng)是一款由Google公司于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)。2008年9月22日，美國運(yùn)營商TMobile USA在紐約正式發(fā)布第一款Google手機(jī)——TMobile G1。該款手機(jī)為臺(tái)灣宏達(dá)電代工制造，是世界上第一部使用Android操作系統(tǒng)的手機(jī)。至最新的數(shù)據(jù)顯示，%，%。成為目前市場(chǎng)占有率最高，發(fā)展最為快速的一種手機(jī)操作系統(tǒng)。Android系統(tǒng)是基于Linux和Java技術(shù)，它在底層采用Linux內(nèi)核和本地庫，在上層提供Java支持框架和開發(fā)接口。它借助于Linux強(qiáng) 大的穩(wěn)定性、開放性和可移植性，Java語言開發(fā)的廣泛性、簡(jiǎn)單性和可移植性，一經(jīng)推出就受動(dòng)廣泛關(guān)注和歡迎，在嵌入式開發(fā)中產(chǎn)生比較深遠(yuǎn)的影響。Android的系統(tǒng)架構(gòu)采用了分層架構(gòu)的思想，如下圖所示。從上層到底層共包括四層，分別是應(yīng)用程序程序?qū)?、?yīng)用框架層、系統(tǒng)庫和Android運(yùn)行時(shí)和Linux內(nèi)核。圖1 Android系統(tǒng)架構(gòu)圖每層功能簡(jiǎn)要介紹如下：一 應(yīng)用程序?qū)釉搶犹峁┮恍┖诵膽?yīng)用程序包，例如電子郵件、短信、日歷、地圖、瀏覽器和聯(lián)系人管理等。同時(shí)，開發(fā)者可以利用Java語言設(shè)計(jì)和編寫屬于自己的應(yīng)用程序，而這些程序與那些核心應(yīng)用程序彼此平等、友好共處。二 應(yīng)用程序框架層該層是Android應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)，開發(fā)人員大部分情況是在和她打交道。應(yīng)用程序框架層包括活動(dòng)管理器、窗口管理器、內(nèi)容提供者、視圖系統(tǒng)、包管理器、 電話管理器、資源管理器、位置管理器、通知管理器和XMPP服務(wù)十個(gè)部分。在Android平臺(tái)上，開發(fā)人員可以完全訪問核心應(yīng)用程序所使用的API框 架。并且，任何一個(gè)應(yīng)用程序都可以發(fā)布自身的功能模塊，而其他應(yīng)用程序則可以使用這些已發(fā)布的功能模塊。基于這樣的重用機(jī)制，用戶就可以方便地替換平臺(tái)本 身的各種應(yīng)用程序組件。三 系統(tǒng)庫和Android運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)庫包括九個(gè)子系統(tǒng)，分別是圖層管理、媒體庫、SQLite、OpenGLEState、FreeType、WebKit、SGL、SSL和libc。 Android運(yùn)行時(shí)包括核心庫和Dalvik虛擬機(jī)，前者既兼容了大多數(shù)Java語言所需要調(diào)用的功能函數(shù)，又包括了Android的核心庫，比如 、。后者是一種基于寄存器的java虛擬機(jī)，Dalvik虛擬機(jī)主要是完成對(duì)生命周期的管理、堆棧的管理、線程的管理、安全和異常的管理以及垃圾回收等重要功能。四 Linux內(nèi)核，如安全性、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和驅(qū)動(dòng)模型。Linux內(nèi)核也是作為硬件與軟件棧的抽象層。驅(qū)動(dòng)：顯示驅(qū)動(dòng)、攝像頭驅(qū)動(dòng)、鍵盤驅(qū)動(dòng)、WiFi驅(qū)動(dòng)、Audio驅(qū)動(dòng)、flash內(nèi)存驅(qū)動(dòng)、Binder（IPC）驅(qū)動(dòng)、電源管理等。由此可見，Android的系統(tǒng)架構(gòu)采用分層架構(gòu)的思想，架構(gòu)清晰，層次分明，協(xié)同工作。 課題的來源背景從2007年11月5日谷歌公司正式向外界展示了這款名為android的操作系統(tǒng)到如今（2014年5月），系統(tǒng)性能達(dá)到質(zhì)的飛躍。在ARM處理器方面，經(jīng)歷了經(jīng)典的ARMARMARM11等系列，如今Cortex系列更是成為了主流。而在cortex系列中，其cortexA系列以其開放式操作系統(tǒng)的高性能處理器的特點(diǎn)性能更是遠(yuǎn)高于面向?qū)崟r(shí)應(yīng)用的卓越性能的CortexR 系列 和面向具有確定性的微控制器應(yīng)用的CortexM 系列。CortexA系列較為高端的系列亦分為AAA15乃至字長(zhǎng)為64位的A50系列。在如今的智能手機(jī)領(lǐng)域，AA9等系列被廣泛應(yīng)用。在短距離無線通信方面，藍(lán)牙已經(jīng)是一種非常普遍，性價(jià)比高的短距離無線通信工具。只要是智能手機(jī)，都會(huì)搭載藍(lán)牙模塊，這也就意味著，本課題的短距離無線通信工具材料來源異常豐富，可謂隨手可得。在智能家居系統(tǒng)研發(fā)方面，亦即包含無線開關(guān)控制，美國及一些歐洲國家一直處于領(lǐng)先地位。近年來，以美國微軟公司及摩托羅拉公司等為首的一批國外知名企業(yè)，先后擠身于智能家居的研發(fā)中。例如:微軟公司開發(fā)的“夢(mèng)幻之家”、摩托羅拉公司開發(fā)的“居所之門”、IBM公司開發(fā)的“家庭主任”等均已日趨成穩(wěn)得技術(shù)強(qiáng)占家居市場(chǎng)。此外，日韓新等國的龍頭企業(yè)紛紛致力于家居智能化的開發(fā)，對(duì)家居市場(chǎng)更是躍躍欲試。 20世紀(jì)90年代后期，我國的智能小區(qū)日益興起。眾所周知，我國的智能化住宅建設(shè)最早起于上海、廣州和深圳等沿海城市，并逐漸向內(nèi)陸發(fā)展。在97香港回歸之際，在建設(shè)部“97跨世紀(jì)住宅小區(qū)案競(jìng)賽活動(dòng)”中，上海中皇廣場(chǎng)被建設(shè)部科技委員會(huì)列為全國首家“智能住宅示范工程”，揭開了全國智能小區(qū)發(fā)展的序幕。我國的智能家居相對(duì)于國外起步較晚，尚未形成一定的國家標(biāo)準(zhǔn)。目前，主要采用國外的一些技術(shù)產(chǎn)品，但也有一些企業(yè)推出了自己的產(chǎn)品，主要有：e家庭（海爾）、ehome數(shù)字家園（清華同方）等。國內(nèi)各大軟、硬件機(jī)構(gòu)正在積極的研制、開發(fā)更為符合市場(chǎng)的智能化家居設(shè)備，以解決當(dāng)前智能化產(chǎn)品實(shí)用性差、使用復(fù)雜及產(chǎn)品價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，而技術(shù)創(chuàng)新性也逐步向國際先進(jìn)水平靠攏，這樣的未來值得期待。由于安卓操作系統(tǒng)是近幾年才流行起來的，基于安卓智能手機(jī)控制的領(lǐng)域可謂相對(duì)以前的常規(guī)無線控制較為新鮮。 設(shè)計(jì)要求 本次設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出一個(gè)基于安卓智能手機(jī)控制的智能無線開關(guān)系統(tǒng)。通過實(shí)現(xiàn)從手機(jī)端發(fā)送藍(lán)牙信號(hào)無線控制ARM核心板上的LED燈的亮滅來達(dá)到無線控制開關(guān)的功能。本次設(shè)計(jì)要求懂得一定的C語言以及JAVA語言知識(shí)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序編程以及安卓應(yīng)用程序編程有一定的了解，以及熟悉數(shù)、模電等電路知識(shí)。