（91388部隊(duì)93分隊(duì) 湛江 524022）

1 引言

藍(lán)牙是1998年推出的一種新的無線傳輸方式，是當(dāng)今世界公認(rèn)的十大科技成果之一。通過低帶寬電波實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接之間的信息交流。具備一般無線通信的優(yōu)點(diǎn)，也有其自身的特點(diǎn)，例如功耗小、傳輸穩(wěn)定、可靠、安全，并且可以集成在任何需要無線傳輸?shù)漠a(chǎn)品中。是實(shí)現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_放性規(guī)范，是一種低成本、短距離的無線連接技術(shù)［1］。

Android系統(tǒng)是基于Linux的自由及開放源代碼的操作系統(tǒng)，主要適用于便攜設(shè)備。它以其開源性及良好設(shè)備適應(yīng)性很快得到了發(fā)展，Android系統(tǒng)自帶對(duì)藍(lán)牙設(shè)備的支持，可快速方便地在上位機(jī)端對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行開發(fā)編程［2］。

集成了Android系統(tǒng)和藍(lán)牙通信技術(shù)的信號(hào)源控制系統(tǒng)，不僅能有效地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的無源信號(hào)控制，免于人工手動(dòng)近距離操作，并且為設(shè)計(jì)員提供了一個(gè)開放平臺(tái)，開發(fā)更多新功能，進(jìn)一步推動(dòng)實(shí)驗(yàn)快速高效的進(jìn)展。

2 基于藍(lán)牙技術(shù)的信號(hào)源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于藍(lán)牙技術(shù)的信號(hào)源控制系統(tǒng)主要是在原有信號(hào)源控制端添加藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制信號(hào)源發(fā)生電路，藍(lán)牙模塊的軟件程序是在Android系統(tǒng)上開發(fā)完成的［3］。這套信號(hào)源控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)避免了在特殊用途的場合，比如操作員和設(shè)備搭載在不同的位置上，操作員就不便于進(jìn)行有線控制［4］。該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于藍(lán)牙技術(shù)的信號(hào)源控制系統(tǒng)

圖1中，上位機(jī)端采用帶藍(lán)牙功能的平板電腦，操作系統(tǒng)為Android，程序開發(fā)基于Android 2.2.3 系統(tǒng)，開發(fā)平臺(tái)為PC，所用開發(fā)工具為E-clipse集成開發(fā)環(huán)境。Eclipse是著名的跨平臺(tái)的自由集成開發(fā)環(huán)境（IDE），最初主要用來Java語言開發(fā)，但是目前Google公司通過插件使其作為Android的開發(fā)工具，在此開發(fā)環(huán)境下開發(fā)軟件非常的方便。界面調(diào)試使用軟件自帶模擬器進(jìn)行，功能調(diào)試只能將程序打包安裝在平板電腦運(yùn)行［5～6］。

信號(hào)源端采用FPGA 硬件完成，通過DDS技術(shù)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過DA 轉(zhuǎn)換、濾波后生成所需信號(hào)。信號(hào)接收采用藍(lán)牙串口模塊，藍(lán)牙串口模塊將接收到的數(shù)據(jù)通過串口形式發(fā)往FPGA，F(xiàn)PGA 將完成解碼后執(zhí)行操作。

3 Android編程設(shè)計(jì)

主程序要完成的功能主要是檢測本機(jī)藍(lán)牙設(shè)備是否已打開并正常工作、連接下位機(jī)藍(lán)牙模塊、各按鈕滑塊功能實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)發(fā)送與接收等功能［7～8］。本設(shè)計(jì)中，信號(hào)源設(shè)計(jì)為脈沖信號(hào)，脈沖填充信號(hào)為正弦，信號(hào)參數(shù)包括頻率、幅度、脈寬、周期四個(gè)參數(shù)。通信格式為定長數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)、十六進(jìn)制、各參數(shù)按照特定順序排列，格式末尾加上開始工作命令控 制 字［9～10］。數(shù)據(jù)包格式從頭至尾依次為2B頻率、1B 幅度、2B周期、2B脈寬、1B工作命令控制字共8個(gè)字節(jié)長度。按照以上原則，確定軟件工作流程如圖2，Android上位機(jī)軟件程序界面如圖3。

圖2 軟件工作流程

圖3 Android上位機(jī)軟件程序界面

軟件工作流程如下：

1）軟件開始，獲取本地藍(lán)牙設(shè)備；

mBluetoothAdapter ＝BluetoothAdapter.getDefaultAdapter（）；

2）檢查本機(jī)藍(lán)牙設(shè)備是否開啟，若未開啟則提示是否開啟，確定后開啟藍(lán)牙，軟件正常工作，否則退出；

if（！ mBluetoothAdapter.isEnabled（））｛｝；

3）軟件正常啟動(dòng)后開啟藍(lán)牙服務(wù)，保證軟件在后臺(tái)時(shí)依然正常工作，不需重新連接設(shè)備。點(diǎn)擊連接設(shè)備按鈕，與下位機(jī)特定藍(lán)牙設(shè)備連接（考慮到下位機(jī)藍(lán)牙設(shè)備不會(huì)經(jīng)常更換，采取固定地址連接方式，若下位機(jī)藍(lán)牙設(shè)備更換，則在源代碼中更改address值），連接方式通過更改UUID 值確定，本設(shè)計(jì)中，采用藍(lán)牙串口方式連接；

4）采用數(shù)字輸入或滑塊滑動(dòng)設(shè)置頻率等參數(shù)，設(shè)置完成后發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)提示數(shù)據(jù)發(fā)送成功，下位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后反饋數(shù)據(jù)，上位機(jī)提示數(shù)據(jù)已正常接收，設(shè)備開始工作。

5）需要更改參數(shù)時(shí)可重復(fù)第4步，需要停止工作時(shí)可點(diǎn)擊“停止”按鈕，在發(fā)送各項(xiàng)參數(shù)為零的數(shù)據(jù)包尾，發(fā)送工作命令停止控制字。程序需退出時(shí)可隨時(shí)退出。

4 下位機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)

4.1 硬件設(shè)計(jì)

下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)如圖4所示，藍(lán)牙串口模塊接收上位機(jī)藍(lán)牙無線信號(hào)，并將信號(hào)“翻譯”為數(shù)據(jù)通過串口形式發(fā)往FPGA，F(xiàn)PGA 接收到數(shù)據(jù)后調(diào)整信號(hào)數(shù)據(jù)輸出，A／D 采集模塊的使用是檢測輸出是否正常，并將結(jié)果返回至上位機(jī)。

圖4 下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)

4.2 軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要是FPGA 編程，包括串口接收與發(fā)送、DDS信號(hào)發(fā)生、幅度調(diào)整、A／D 與D／A 芯片控制、FFT 與信號(hào)分析等。FPGA 編程采用Verilog HDL 語言，在Quartus9.0環(huán)境下編譯。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過軟硬件聯(lián)調(diào)測試，整機(jī)工作正常，上位機(jī)端發(fā)送命令及參數(shù)，下位機(jī)輸出信號(hào)如圖5、圖6所示。

圖5 脈沖信號(hào)

圖6 脈沖填充信號(hào)

從示波器顯示結(jié)果來看，波形完整正確，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

6 結(jié)語

本文針對(duì)基于Android 和藍(lán)牙通信的信號(hào)源實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)藍(lán)牙無線通信技術(shù)及Android編程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，提出了軟硬件設(shè)計(jì)及通信格式，據(jù)此實(shí)現(xiàn)了主、從系統(tǒng)之間的藍(lán)牙無線通信和信號(hào)源控制，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)表明，該軟硬件設(shè)計(jì)和藍(lán)牙通信是有效的，能夠滿足信號(hào)源對(duì)操控實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性的要求，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

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