手机APP通过蓝牙的实现与控制

第五章APP的实现与控制
随着移动互联网的快速崛起，手机客户端应用软件(Application，简称APP)为代表的智能终端应用的快速普及，给人们的工作和生活带来了更多的便捷，也加快了物联网的发展步伐。

Android系统作为手机的主流操作系统，由于其操作性和开源性，为手机应用程序控制系统的开发提供了很大的优势，并将各类控制系统融为一体提供了可能。

本部分以Android手机应用程序APP为客户端，借助蓝牙无线通信技术，智能小车作为服务器端接收手机的控制信号，并实现小车的相关动作。

该设计为智能控制方式提供一种新的设计思路。

系统结构图如图5-1所示：
图5-1 系统结构图
5.1 主要技术
Java作为一种完全面向对象的语言，拥有安全、健壮、分布、可移植等多种优点。

正是这些优点让Java在很多领域都有广泛的应用。

从商业上的电子商务网站到安卓App，从科学应用到经济应用，如电子交易系统，从游戏到桌面应用都有Java的身影。

Android是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由Google公司和开放手机联盟领导及开发。

智能手机的发展自然离不开智能操作系统的不断进化，安卓作为手机操作系统的一种，因为其开放的源码特性以及营销模式迅速占领市场。

5.2 安卓系统
5.2.1 基本架构
在安卓系统中，将操作系统的体系结构分为四层，从下到上分别为Linux内核层、系统运行库层、应用框架层和应用层。

安卓体系结构如图5-2所示。

图5-2 安卓体系结构图
（1）Linux层：安卓操作系统的底层是基于Linux Kernel 的，其功能主要是负责操作系统所具有的功能，包括很多的驱动程序，如显示驱动、相机驱动、蓝牙驱动等，正是这些驱动程序来驱动我们的硬件设备。

（2）系统运行库层：系统运行库层包括两个部分：库文件和安卓运行环境。

其中库文件中主要是安卓系统会使用的一些C/C++ 的库文件，包括桌面管理器、媒体库、SQLite等。

安卓运行环境则指的是虚拟机技术，相当于java的JDK 和JVM，是运行安卓应用程序所需要的核心库。

（3）应用框架层：主要是Google发布的类库，我们学习安卓主要也是学习这一层，通过各种各样的框架才能实现我们的APP。

开发过程中必须遵循框架的开发原则，框架中主要包括Activity Manager、窗口管理器、视图系统、通知管理器、电话管理器等。

（4）应用层：应用层当然就是指我们开发的APP了，主要是使用Java语言进行开发的程序，例如音乐播发器、图片浏览器，还有大家使用的地图、通讯录等。

5.2.2 四大组件
要想学会安卓开发，首先必须熟悉安卓的四大组件，包括Activity、Service、
Broadcast Receiver和Content Provider。

（1）Activity：Activity就是一个人机交互程序，简单来讲手机中的一个屏幕内容就是一个Activity，所以Activity 主要用于存放不同的显示控件，是安卓最基本的组成部分。

当然一个APP中不止一个Activity。

（2）Service：Service可以理解为是没有屏幕的Activity，例如某些程序没有用户界面，只是希望在后台运行，就可以定义为一个Service。

背景音乐的播放、监控程序等都可以采用这种方式。

（3）Broadcast Receiver：广播接收器没有用户界面。

它可以启动一个Activity 或Service来响应收到的信息，或者用Notification Manager来通知用户。

（4）Content Provider：Content Provider的提供主要是为了解决不同的应用程序之间进行数据交换的问题，将不同的应用程序的数据操作标准进行统一，并把标准表明给其他程序以方便访问，这样就能达到应用程序交互、共享数据的目的。

简单来说安卓APP 开发就是学习如何利用应用框架层里面的各种类库，遵循框架规则进行应用程序的开发。

5.3 搭建开发环境
5.3.1 安装JDK
JDK是Java的核心，包含了Java的运行环境、Java工具、开发应用程序时调用的Java类库等内容，所以基于Java的开发均需要安装JDK。

可以从官网上根据需要下载不同的版本进行安装。

5.3.2 配置环境变量
为了配置JDK的系统变量环境，我们需要设置三个系统变量，分别是JA V A_HOME，Path和CLASSPATH。

（1）JA V A_HOME：变量值为JDK在你电脑上的安装路径：C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_20。

创建好后则可以利用%JA V A_HOME%作为JDK安装目录的统一引用路径，目的是为了方便后面变量的设置。

（2）PATH：PATH属性已存在，可直接编辑，在原来变量后追加：.;%JA V A_HOME%\bin;%JA V A_HOME%\jre\bin
（3）CLASSPATH：设置系统变量名为：CLASSPATH变量值为：.;%JA V A_HOME%\lib\dt.jar;%JA V A_HOME%\lib\tools.jar
5.3.3 安装Eclipse
Eclipse为Java应用程序及Android开发的IDE。

可以从官网下载，Eclipse 不需要安装，直接解压后，打开时设置工作空间即可。

5.3.4 安装Android SDK
为了能在Windows中开发调试安卓APP，需要为Eclipse配置Android SDK，Google 现在提供集成了ADK的Eclipse，可以直接使用，也可以单独配置。

5.4 Eclipse实现APP
Android手机客户端操作界面实现小车的前进、后退、左转、右转、停止等功能。

根据这个要求，本项目选择Eclipse作为开发环境，进行了APP的设计与制作。

在设计过程中，首先新建项目，在项目中主要进行AndroidManifest.xml、layout文件夹下面的activity_main.xml、以及src文件夹下面的MainActivity.java 的实现。

5.4.1 AndroidManifest.xml的配置
AndroidManifest.xml是一个非常重要的清单文件，每一个应用程序的根目录里都有这个功能清单文件。

这个清单文件给android系统提供了关于这个应用程序运行的一些必要参数，系统在运行任何程序代码之前必须知道这些信息。

一个AndroidManifest.xml中必须含有一个Application标签，这个标签声明了每一个应用程序的组件及其属性(如icon,label,permission等)。

本项目应用的是蓝牙通信，要求在客户端加上蓝牙操作权限，否则用户将无法使用安卓手机的蓝牙功能。

因此，在AndroidManifest.xml文件中加入权限设置：<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" /> <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH" /> 。

同时，APP 的图标显示也在这里设置：android:icon="@drawable/car"，其中car图片是在layout文件夹下面的drawable-xhdpi文件夹里面。

这样，AndroidManifest.xml配置完成。

5.4.2 页面布局的设计
页面布局需要配置layout文件夹下面的activity_main.xml文件，在设计过程中，页面布局选择的是相对布局（RelativeLayout）。

相对布局是一个控件的位置取决于它和其他控件的关系，操作比较灵活，而且对于手机的适配型比较好，
实用价值比较大。

本项目主要设置五个按键和一个文本显示，五个按键分别是前进、后退、停止、左转、右转，一个文本显示“组名: FIRE808”。

每一个按键是一个Button，可以设置按键上要显示的内容，修改按键字体的大小及颜色，设置按键相对的位置。

文本显示用到的是TextView，同样可以设置文本的要显示内容，修改文本字体的大小及颜色，设置文本相对的位置。

整个APP背景的设置，在RelativeLayout层添加：android:background="@drawable/ground2" 。

同样，ground2图片也是在layout文件夹下面的drawable-xhdpi文件夹里面。

所有的按键是以停止按键位于界面正中心设置，具体的APP界面图如下图5-3所示：
图5-3 APP界面图
5.4.3 MainActivity.java的实现
MainActivity.java是src根目录下的文件，是一个Android工程默认的主页面，所有程序的实现都在此文件中完成。

此项目中Acrivity的生命周期分
为六部分：onCreate、onStart、onResume、onPause、onStop、onDestroy。

一般情况下，onPause和onStop连续出现，当上一个界面的onPause失去焦点后，下一个界面才能开始加载。

因此，在onPause里面只能做一些非常轻量级的回收。

同理，onStop里面可以做一点稍微的回收动作。

重量级的回收动作，或者各种数据的保存，要放到onDestroy里面执行。

项目实现主要是在onCreate、onResume、onPause这三个部分。

onCreate主要是实现APP对小车的控制，调用onTouch等方法，实现触摸屏幕发送对应的指令，指令的内容分别为前进（0x0001）、后退（0x0002）、左转（0x0003）、右转（0x0004）、停止（0）。

onResume主要是实现两者间的通信，APP按键的指令发送到蓝牙模块。

因此，手机APP和蓝牙模块之间的通信需要Socket通信。

Socket通信则是在双方建立起连接后就可以直接进行数据的传输，在连接时可实现信息的主动推送，而不需要每次由客户端想服务器发送请求。

Socket又称套接字，在程序内部提供了与外界通信的端口，即端口通信。

通过建立socket连接，可为通信双方的数据传输传提供通道。

socket的主要特点有数据丢失率低，使用简单且易于移植。

onPause主要是实现数据刷新，socket套接字的关闭。