Передача данных по Bluetooth между Android и Arduino

Недавно постучался ко мне человек и попросил помочь сделать программку которая сможет контачить к Arduino с Android девайса. Порывшись в интернете я нарыл статью в которой рассказывается как раз то что я искал, и я решил что ее нужно к себе в блог переписать потому что она очень хорошо написана, все равно я собирался разбираться с Arduino.

Далее со слов автора статьи.

Arduino

Я буду использовать Bluetooth модуль HC-06, однако для других модулей HC-04, HC-05 и т.п. схема подключения такая же (за исключением светодиода). Плата Arduino Nano V3.

Для наглядности, к плате Arduino я подключил красный светодиод, к 12-пину, но можно использовать и встроенный LED (обычно 13 пин).

Скетч для Arduino следующий:

char incomingByte;  // входящие данные
int  LED = 12;      // LED подключен к 12 пину
 void setup() {
  Serial.begin(9600); // инициализация порта
  pinMode(LED, OUTPUT);
  Serial.println("Press 1 to LED ON or 0 to LED OFF...");
}
 void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {  //если пришли данные
    incomingByte = Serial.read(); // считываем байт
    if(incomingByte == '0') {
       digitalWrite(LED, LOW);  // если 1, то выключаем LED
       Serial.println("LED OFF. Press 1 to LED ON!");  // и выводим обратно сообщение
    }
    if(incomingByte == '1') {
       digitalWrite(LED, HIGH); // если 0, то включаем LED
       Serial.println("LED ON. Press 0 to LED OFF!");
    }
  }
 }

Программа работает очень просто. После запуска или сброса устройства, в последовательный порт выводится сообщение с предложением нажать 1 или 0. В зависимости от нажатой (принятой) цифры светодиод будет загораться или гаснуть.

Теперь, что касается Android. Мы рассмотрим два примера, в первом мы будем передавать данные от Android-устройства к arduino, а во втором примере мы рассмотрим двусторонний обмен данными между устройствами. Второй пример сложнее и в части понимания и по сложности кода, т.к. используются потоки (thread).

Android

Мы будем использовать Java код, с явным указанием MAC-адреса устройства, к которому мы будем подключаться. Т.к. если делать интерфейс обнаружения Bluetooth-устройств, их выбора, подключения к ним и т.д., то код будет очень большой и для некоторых читателей труднопонимаем. Но для тех, кому интересно могут посмотреть стандартный пример Bluetooth Chat.

Узнать MAC-адрес можно к примеру в программе для Android'а: Bluetooth Terminal:

Нас интересует устройство BOLUTEK (наш модуль HC-06, подключенный к Arduino), его MAC адрес: 00:15:FF:F2:19:4C. Его и надо будет в дальнейшем прописать в программе.

Передаем данные в Arduino

Первая программа очень простая, главное окно активити будет содержать 2 кнопки: включить LED и выключить LED. При нажатии на кнопку включения LED, по Bluetooth будет передаваться «1», при нажатии на выключение LED — «0».

В файле манифеста необходимо прописать 2 строки разрешения работы с Bluetooth:

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH" />

Сам код главного активити:

package com.example.bluetooth1;
 import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.util.UUID;
  import com.example.bluetooth1.R;
  import android.app.Activity;
import android.bluetooth.BluetoothAdapter;
import android.bluetooth.BluetoothDevice;
import android.bluetooth.BluetoothSocket;
import android.content.Intent;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.widget.Button;
import android.widget.Toast;
  public class MainActivity extends Activity {
  private static final String TAG = "bluetooth1";
    
  Button btnOn, btnOff;
    
  private static final int REQUEST_ENABLE_BT = 1;
  private BluetoothAdapter btAdapter = null;
  private BluetoothSocket btSocket = null;
  private OutputStream outStream = null;
    
  // SPP UUID сервиса 
  private static final UUID MY_UUID = UUID.fromString("00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB");
  
  // MAC-адрес Bluetooth модуля
  private static String address = "00:15:FF:F2:19:4C";
    
  /** Called when the activity is first created. */
  @Override
  public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
  
    setContentView(R.layout.activity_main);
  
    btnOn = (Button) findViewById(R.id.btnOn);
    btnOff = (Button) findViewById(R.id.btnOff);
      
    btAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();
    checkBTState();
  
    btnOn.setOnClickListener(new OnClickListener() {
      public void onClick(View v) {
        sendData("1");
        Toast.makeText(getBaseContext(), "Включаем LED", Toast.LENGTH_SHORT).show();
      }
    });
  
    btnOff.setOnClickListener(new OnClickListener() {
      public void onClick(View v) {
        sendData("0");
        Toast.makeText(getBaseContext(), "Выключаем LED", Toast.LENGTH_SHORT).show();
      }
    });
  }
    
  @Override
  public void onResume() {
    super.onResume();
  
    Log.d(TAG, "...onResume - попытка соединения...");
    
    // Set up a pointer to the remote node using it's address.
    BluetoothDevice device = btAdapter.getRemoteDevice(address);
    
    // Two things are needed to make a connection:
    //   A MAC address, which we got above.
    //   A Service ID or UUID.  In this case we are using the
    //     UUID for SPP.
    try {
      btSocket = device.createRfcommSocketToServiceRecord(MY_UUID);
    } catch (IOException e) {
      errorExit("Fatal Error", "In onResume() and socket create failed: " + e.getMessage() + ".");
    }
    
    // Discovery is resource intensive.  Make sure it isn't going on
    // when you attempt to connect and pass your message.
    btAdapter.cancelDiscovery();
    
    // Establish the connection.  This will block until it connects.
    Log.d(TAG, "...Соединяемся...");
    try {
      btSocket.connect();
      Log.d(TAG, "...Соединение установлено и готово к передачи данных...");
    } catch (IOException e) {
      try {
        btSocket.close();
      } catch (IOException e2) {
        errorExit("Fatal Error", "In onResume() and unable to close socket during connection failure" + e2.getMessage() + ".");
      }
    }
      
    // Create a data stream so we can talk to server.
    Log.d(TAG, "...Создание Socket...");
  
    try {
      outStream = btSocket.getOutputStream();
    } catch (IOException e) {
      errorExit("Fatal Error", "In onResume() and output stream creation failed:" + e.getMessage() + ".");
    }
  }
  
  @Override
  public void onPause() {
    super.onPause();
  
    Log.d(TAG, "...In onPause()...");
  
    if (outStream != null) {
      try {
        outStream.flush();
      } catch (IOException e) {
        errorExit("Fatal Error", "In onPause() and failed to flush output stream: " + e.getMessage() + ".");
      }
    }
  
    try     {
      btSocket.close();
    } catch (IOException e2) {
      errorExit("Fatal Error", "In onPause() and failed to close socket." + e2.getMessage() + ".");
    }
  }
    
  private void checkBTState() {
    // Check for Bluetooth support and then check to make sure it is turned on
    // Emulator doesn't support Bluetooth and will return null
    if(btAdapter==null) { 
      errorExit("Fatal Error", "Bluetooth не поддерживается");
    } else {
      if (btAdapter.isEnabled()) {
        Log.d(TAG, "...Bluetooth включен...");
      } else {
        //Prompt user to turn on Bluetooth
        Intent enableBtIntent = new Intent(btAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
        startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
      }
    }
  }
  
  private void errorExit(String title, String message){
    Toast.makeText(getBaseContext(), title + " - " + message, Toast.LENGTH_LONG).show();
    finish();
  }
  
  private void sendData(String message) {
    byte[] msgBuffer = message.getBytes();
  
    Log.d(TAG, "...Посылаем данные: " + message + "...");
  
    try {
      outStream.write(msgBuffer);
    } catch (IOException e) {
      String msg = "In onResume() and an exception occurred during write: " + e.getMessage();
      if (address.equals("00:00:00:00:00:00")) 
        msg = msg + ".\n\nВ переменной address у вас прописан 00:00:00:00:00:00, вам необходимо прописать реальный MAC-адрес Bluetooth модуля";
        msg = msg +  ".\n\nПроверьте поддержку SPP UUID: " + MY_UUID.toString() + " на Bluetooth модуле, к которому вы подключаетесь.\n\n";
        
        errorExit("Fatal Error", msg);       
    }
  }
}

Данный код найден на одном из зарубежных блогов и слегка модернизирован. Как видно выше, на кнопки мы вешаем обработчики событий. При нажатии на кнопку передается строка 1 или 0 через sendData() в буфер Bluetooth адаптера. Полный проект с исходными кодами приведен ниже. Для работы программы, необходим Android не ниже версии API15, т.е. 4.0.3 и выше.

Прием и передача данных к Arduino

А вот здесь пришлось повозиться. Дело в том, что в Android'е для приема данных от какого-либо устройства необходимо создавать отдельный фоновый поток, чтобы у нас не зависало основное активити. Для этого мы задействуем thread и все данные будут приниматься в отдельном потоке.

На окно главного активити мы добавим новый элемент TextView, который будет служить для отображения принятых данных от Arduino. Сам java-код главного активити я постарался хорошо прокомментировать, чтобы сделать его удобочитаемым:

package com.example.bluetooth2;
 import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.util.UUID;
  import com.example.bluetooth2.R;
  import android.app.Activity;
import android.bluetooth.BluetoothAdapter;
import android.bluetooth.BluetoothDevice;
import android.bluetooth.BluetoothSocket;
import android.content.Intent;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.util.Log;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.widget.Button;
import android.widget.TextView;
import android.widget.Toast;
  public class MainActivity extends Activity {
  private static final String TAG = "bluetooth2";
    
  Button btnOn, btnOff;
  TextView txtArduino;
  Handler h;
    
  private static final int REQUEST_ENABLE_BT = 1;
  final int RECIEVE_MESSAGE = 1;        // Статус для Handler
  private BluetoothAdapter btAdapter = null;
  private BluetoothSocket btSocket = null;
  private StringBuilder sb = new StringBuilder();
   
  private ConnectedThread mConnectedThread;
    
  // SPP UUID сервиса 
  private static final UUID MY_UUID = UUID.fromString("00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB");
  
  // MAC-адрес Bluetooth модуля
  private static String address = "00:15:FF:F2:19:4C";
    
  /** Called when the activity is first created. */
  @Override
  public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
  
    setContentView(R.layout.activity_main);
  
    btnOn = (Button) findViewById(R.id.btnOn);                  // кнопка включения
    btnOff = (Button) findViewById(R.id.btnOff);                // кнопка выключения
    txtArduino = (TextView) findViewById(R.id.txtArduino);      // для вывода текста, полученного от Arduino
     
    h = new Handler() {
        public void handleMessage(android.os.Message msg) {
            switch (msg.what) {
            case RECIEVE_MESSAGE:                                                   // если приняли сообщение в Handler
                byte[] readBuf = (byte[]) msg.obj;
                String strIncom = new String(readBuf, 0, msg.arg1);
                sb.append(strIncom);                                                // формируем строку
                int endOfLineIndex = sb.indexOf("\r\n");                            // определяем символы конца строки
                if (endOfLineIndex > 0) {                                            // если встречаем конец строки,
                    String sbprint = sb.substring(0, endOfLineIndex);               // то извлекаем строку
                    sb.delete(0, sb.length());                                      // и очищаем sb
                    txtArduino.setText("Ответ от Arduino: " + sbprint);             // обновляем TextView
                    btnOff.setEnabled(true);
                    btnOn.setEnabled(true); 
                }
                //Log.d(TAG, "...Строка:"+ sb.toString() +  "Байт:" + msg.arg1 + "...");
                break;
            }
        };
    };
      
    btAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();       // получаем локальный Bluetooth адаптер
    checkBTState();
  
    btnOn.setOnClickListener(new OnClickListener() {        // определяем обработчик при нажатии на кнопку
      public void onClick(View v) {
        btnOn.setEnabled(false);
        mConnectedThread.write("1");    // Отправляем через Bluetooth цифру 1
        //Toast.makeText(getBaseContext(), "Включаем LED", Toast.LENGTH_SHORT).show();
      }
    });
  
    btnOff.setOnClickListener(new OnClickListener() {
      public void onClick(View v) {
        btnOff.setEnabled(false);  
        mConnectedThread.write("0");    // Отправляем через Bluetooth цифру 0
        //Toast.makeText(getBaseContext(), "Выключаем LED", Toast.LENGTH_SHORT).show();
      }
    });
  }
    
  @Override
  public void onResume() {
    super.onResume();
  
    Log.d(TAG, "...onResume - попытка соединения...");
    
    // Set up a pointer to the remote node using it's address.
    BluetoothDevice device = btAdapter.getRemoteDevice(address);
    
    // Two things are needed to make a connection:
    //   A MAC address, which we got above.
    //   A Service ID or UUID.  In this case we are using the
    //     UUID for SPP.
    try {
      btSocket = device.createRfcommSocketToServiceRecord(MY_UUID);
    } catch (IOException e) {
      errorExit("Fatal Error", "In onResume() and socket create failed: " + e.getMessage() + ".");
    }
    
    // Discovery is resource intensive.  Make sure it isn't going on
    // when you attempt to connect and pass your message.
    btAdapter.cancelDiscovery();
    
    // Establish the connection.  This will block until it connects.
    Log.d(TAG, "...Соединяемся...");
    try {
      btSocket.connect();
      Log.d(TAG, "...Соединение установлено и готово к передачи данных...");
    } catch (IOException e) {
      try {
        btSocket.close();
      } catch (IOException e2) {
        errorExit("Fatal Error", "In onResume() and unable to close socket during connection failure" + e2.getMessage() + ".");
      }
    }
      
    // Create a data stream so we can talk to server.
    Log.d(TAG, "...Создание Socket...");
    
    mConnectedThread = new ConnectedThread(btSocket);
    mConnectedThread.start();
  }
  
  @Override
  public void onPause() {
    super.onPause();
  
    Log.d(TAG, "...In onPause()...");
   
    try     {
      btSocket.close();
    } catch (IOException e2) {
      errorExit("Fatal Error", "In onPause() and failed to close socket." + e2.getMessage() + ".");
    }
  }
    
  private void checkBTState() {
    // Check for Bluetooth support and then check to make sure it is turned on
    // Emulator doesn't support Bluetooth and will return null
    if(btAdapter==null) { 
      errorExit("Fatal Error", "Bluetooth не поддерживается");
    } else {
      if (btAdapter.isEnabled()) {
        Log.d(TAG, "...Bluetooth включен...");
      } else {
        //Prompt user to turn on Bluetooth
        Intent enableBtIntent = new Intent(btAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
        startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
      }
    }
  }
  
  private void errorExit(String title, String message){
    Toast.makeText(getBaseContext(), title + " - " + message, Toast.LENGTH_LONG).show();
    finish();
  }
  
  private class ConnectedThread extends Thread {
        private final BluetoothSocket mmSocket;
        private final InputStream mmInStream;
        private final OutputStream mmOutStream;
      
        public ConnectedThread(BluetoothSocket socket) {
            mmSocket = socket;
            InputStream tmpIn = null;
            OutputStream tmpOut = null;
      
            // Get the input and output streams, using temp objects because
            // member streams are final
            try {
                tmpIn = socket.getInputStream();
                tmpOut = socket.getOutputStream();
            } catch (IOException e) { }
      
            mmInStream = tmpIn;
            mmOutStream = tmpOut;
        }
      
        public void run() {
            byte[] buffer = new byte[256];  // buffer store for the stream
            int bytes; // bytes returned from read()
 
            // Keep listening to the InputStream until an exception occurs
            while (true) {
                try {
                    // Read from the InputStream
                    bytes = mmInStream.read(buffer);        // Получаем кол-во байт и само собщение в байтовый массив "buffer"
                    h.obtainMessage(RECIEVE_MESSAGE, bytes, -1, buffer).sendToTarget();     // Отправляем в очередь сообщений Handler
                } catch (IOException e) {
                    break;
                }
            }
        }
      
        /* Call this from the main activity to send data to the remote device */
        public void write(String message) {
            Log.d(TAG, "...Данные для отправки: " + message + "...");
            byte[] msgBuffer = message.getBytes();
            try {
                mmOutStream.write(msgBuffer);
            } catch (IOException e) {
                Log.d(TAG, "...Ошибка отправки данных: " + e.getMessage() + "...");     
              }
        }
      
        /* Call this from the main activity to shutdown the connection */
        public void cancel() {
            try {
                mmSocket.close();
            } catch (IOException e) { }
        }
    }
}

В данном примере для отправки данных мы используем отдельный поток Thread. Тоже самое и для приема данных — метод run(). Также обратите внимание на класс Handler, который служит для организации очереди сообщений и их вывода в главное активити. Дело в том, что в фоновом потоке нельзя напрямую выводить что-либо в главное активити, т.к. это приведет к «крашу» программы.
Класс StringBuilder используется для формирования строки из принятых данных. После, происходит поиск конца строки с символами \r\n, и если они найдены, то строка отображается на активити и обьект sb очищается, чтобы не произошло склейка с последующими принятыми данными.

Скачать исходники:
Dropbox & Github