一种基于手机蓝牙的短距无线测控技术及其应用

邹益民，相惠清，宗 敏

（金陵科技学院网络与通信工程学院，江苏南京，210031）

一种基于手机蓝牙的短距无线测控技术及其应用

邹益民，相惠清，宗 敏

（金陵科技学院网络与通信工程学院，江苏南京，210031）

智能手机作为测控系统的移动监控终端具有良好的灵活性、便携性与便利性，蓝牙通信因其功耗小且安全性高，成为短距离内较理想的通信方式。本系统构建了一个基于MSP430F149单片机的恒温控制应用场景，并将与智能手机的蓝牙通信技术运用于该应用场景中，构成一个可通过移动终端远程监控的主从式测控系统。本中给出了系统的体系结构及硬软件设计方案，可为类似远程测控方案的实现提供借鉴。

工业自动化；测控系统；单片机；智能手机；蓝牙；恒温装置

0　引言

随着移动终端和无线网络技术的迅速发展，智能手机已经变成现代社会日常生活中不可或缺的信息交流工具，利用智能手机作为测控系统的远程移动监控终端有着良好的现实性、灵活性、便携性与便利性，故有望成为一种很有前途的应用技术。手机的通信连接方式主要有蜂窝网络连接、WiFi连接、蓝牙（Bluetooth）连接及NFC连接等［1-4］，由于蓝牙通信功耗小且安全性高，在没有WiFi网络的情况下，成为短距离内可优先选择的通信方式。

本文所述系统以一个简易单片机温度实验装置作为被控对象，实现基本的本地恒温控制功能；单片机同时还通过串行接口控制一个蓝牙通讯模块，以实现单片机侧的数据通讯功能；智能手机则可采用内置的蓝牙通讯技术，从而配合实现对被控温度对象运行状态的短距无线监控。学生既可通过该实验装置学习与实践自动控制理论的相关知识，也可学习与实践基于蓝牙的无线通信技术，该装置的设计思路与具体实施方案也可供真实的无线测控系统的构建提供参考。

1　蓝牙协议及HC-05模块简介

蓝牙协议是一种应用广泛的无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。蓝牙通信基于主从架构，虽然传输速度不是很快，但却具有良好的抗干扰能力，且功耗和成本都很低。蓝牙RFCOMM协议则在蓝牙基带协议之上仿真了RS-232控制和数据信号，构成一种RS232串行数据线的实用替代方案。

1.1蓝牙模块BT-HC05简介

BT-HC05模块是一款高性能的蓝牙串口模块，支持主、从两种工作模式，可用于与各种带蓝牙功能的电脑、手机等智能终端配对。在配置模式下，该模块可使用AT命令设置其功能及工作参数；在通信模式下，若主从模式两个蓝牙模块配对成功，则可简单地按串口方式完成数据的透传。

1.2蓝牙模块BT-HC05配置

HC-05模块的功能及工作参数可使用AT命令实现软件配置，其软配置指令又可分为Command（下行命令）和Indication（上报指令）：

（1）常用Command下行指令

表1

本组命令可用于设置HC-05的功能及参数，由主机发向模块，而模块将给出适当响应（如表1所示）。

（2）Indication典型上行指令

本组命令由HC-05发向主机，用于指示模块状态（如表2所示）。

本系统中HC-05模块的多数参数可采用系统缺省值，故所需的实际配置可简化如下：复位蓝牙设备、设置蓝牙模块为从设备、设置蓝牙配对模式为任意地址、设置蓝牙串口工作方式、设置蓝牙模块设备名及设置蓝牙模块配对码。配置完成后，模块将自动等待智能手机作为主设备完成搜索、配对，然后即可进行所需的数据传输。

2　系统硬软件设计

2.1系统总体框架设计

系统的总体框图如图1所示。图1中：智能手机通过HC-05蓝牙模块，基于RFCOMM协议完成智能手机与本地测控装置之间的数据通信。若水杯中温度变化，则经PT100热电阻、热电阻温度变送器转换为输出电流，随后利用电阻转换为电压信号送入单片机的ADC通道实现温度值采样测量；单片机还经功率驱动电路与直流电加热棒连接，以实现对水杯中水的受控加热；单片机同时与LCD5110液晶显示器及按键组相连，用于实现本地监控及参数设置。

2.2硬件详细设计

系统硬件部分电路设计可参见图2，其中：

●MSP430F149用于控制系统完成测控、通讯、人机接口等功能；

●LCD5110液晶显示器、按键构成本地的人机接口；

●HC-05蓝牙串口通讯模块为单片机提供蓝牙从设备功能，与智能手机侧的蓝牙主设备协同工作，完成基于蓝牙的数据通信，以将本地温度测量值上传到手机中进行数值或曲线显示，手机也可同时向单片机传送被控温度的设定值。

●PT100测温热电阻、热电阻温度变送器配合实现水温测量；

●直流电加热棒采用12V，75W低压安全产品，单片机系统中设计有包括光电耦合、TIP122达林顿管及直流继电器的功率驱动电路，将控制电路与驱动功率电路隔离，以提高系统的抗干扰能力，并保护低压单片机系统的安全。

图1.手机蓝牙监控的单片机恒温实验装置总体框图

3　手机端蓝牙APP开发的基本过程

（1）设置蓝牙的响应权限

手机端需要BLUETOOTH及BLUETOOTH_ADMIN开发权限。

（2）配置本机蓝牙模块

①使用BluetoothAdapter.getDefaultAdapter（）获取蓝牙适配器；

②使用Intent（BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ ENABLE）打开蓝牙设置面板或使用enable（）方法直接打开蓝牙设备；

③使用完毕后，使用disable （）方法关闭蓝牙设备；

（3）搜索蓝牙设备

使用BluetoothAdapter的startDiscovery（）方法可搜索蓝牙设备。此后，通过注册相应的BroadcastReceiver可接收由系统发出的开始搜索、搜索结束及找到设备的广播信息。

（4）蓝牙Socket通信

若需建立两个蓝牙设备之间的通信连接，则须首先分别实现服务器端与客户端的机制。

①服务器端实现。首先通过BluetoothAdapter的liste nUsingRfcommWithServiceRecord（String， UUID）方法来获取BluetoothServerSocket，再通过BluetoothServerSocket的accept（）方法监听连接请求，结束后则可调用BluetoothServerSocket的close（）方法释放资源。

②客户端的实现。首先通过搜索得到服务器端的BluetoothService，再调用BluetoothService的listenUsingRfcommWithService Record（String， UUID）方法获取BluetoothSocket，最后调用BluetoothSocket的connect（）方法以建立与服务器的连接。

③数据通信。首先通过BluetoothSocket的getInputStream（）和getOutputStream（）方法获取输入流InputStream和输出流OutputStream，其次使用read（bytes［］）和write（bytes［］）方法进行数据读写操作。

图2.手机蓝牙监控的单片机恒温实验装置电路原理图

4　结语

本文所介绍的短距无线恒温实验装置，使用MSP430F149单片机实现本地温度控制，借助HC-05模块为单片机提供蓝牙通信功能，而智能手机侧可使用其内置的蓝牙通讯功能，最终实现双方的数据通讯。从而，本地测控信息可传送到智能手机侧并用曲线、表格的方式进行显示，还可根据需要对特定的测控参数进行即时设置。本文方法可为类似基于智能手机实施对远程测控系统的监测方案设计提供借鉴。

［1］周青青，王洋，陈德裕.基于WiFi和GSM的无线监控系统设计与实现［J］.计算机测量与控制，2016，05：106-109.

［2］段英杰，霍新宇，王惠洁，卢洪武. WiFi视频传输机器人的设计［J］.物联网技术，2016，05：31-32+35.

［3］岳永霞，金 华. 基于Wi-Fi和蓝牙技术的停车场智能引导系统［J］.计算机与现代化，2016，04：90-93.

［4］朱正伟，钱露，张南，郭枫，周谢益.一种利用NFC技术实现蓝牙快速连接的研究［J］.自动化仪表，2016，04：68-71+77.

［5］刘凯，高强，王尧. 蓝牙RFCOMM协议层的研究与实现［J］.计算机工程，2011，12：92-94.

［6］赵宏中，周琼. 蓝牙RFCOMM协议的研究与实现［J］. 软件导刊，2008，11：125-126.

［7］朱志平. 基于MSP430的蓝牙智能家居系统［J］. 渭南师范学院学报，2016，04：24-32.

［8］王帅，沈浩，骆长泽，沙宪政. Android平台下蓝牙温度测量［J］.中国医疗器械杂志，2015，03：181-182+196.

邹益民，（1963年出生），男，浙江人，2006年毕业于北京理工大学自动控制系，获得博士学位，教授；主要研究方向：控制理论与工程，导航与制导，图像处理，模式识别。

A Master-Slave Type Thermostat System based on Monitoring of Mobile Phone with Bluetooth Technology

Zou Yimin，Xiang Huiqing，Zong Min
（School of Networks and Telecommunications Engineering，Jinling Institute of Technology，Nanjing，211169）

As a remote mobile monitoring terminal of measuring and controlling system，smart phones has good flexibility，portability and convenience.Due to its low power consumption and high security，Bluetooth communication becomes the ideal communication mode in short distance. A thermostat System based on MSP430F149 single-chip microprocessor was introduced，combining with Bluetooth communication technology of smart phone，thus to construct a master slave control system which remotely monitored by a mobile terminal. The architecture of the system and the design scheme of hardware and software are given here， which could also provide guidelines for the implementation of similar remote measurement and control programs.

Industrial automation；Measurement and control system；SCM（Single Chip Microprocessor）；Smart mobile phone；Bluetooth；Thermostat system

TP23，TP274

A