系統(tǒng)基于Android開(kāi)放配件協(xié)議，通過(guò)操作Android手機(jī)界面控制PWM 信號(hào)的周期和占空比。首先介紹了系統(tǒng)構(gòu)成，然后給出了Android終端軟件的具體實(shí)現(xiàn)，最后以驅(qū)動(dòng)舵機(jī)為例進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了Android手機(jī)產(chǎn)生參數(shù)可控的PWM信號(hào)。

PWM(Pulse width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)是一種調(diào)壓技術(shù)也是一種變頻技術(shù)，由于其具有經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ，已廣泛應(yīng)用于測(cè)量、通信、功率控制與變換等領(lǐng)域中。目前，嵌入式PWM 控制應(yīng)用廣泛采用單片機(jī)，如簡(jiǎn)單應(yīng)用可選用PIC、AVR等系列單片機(jī)，比較復(fù)雜的應(yīng)用可選用DSP，要求更高的可以選用ARM等。但是，PWM 控制應(yīng)用中選用Android智能手機(jī)還未見(jiàn)相關(guān)實(shí)例。

Android是一種全新的開(kāi)源手機(jī)操作系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的應(yīng)用層API和傳感器功能，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備中。Android智能手機(jī)具有優(yōu)越的用戶(hù)交互性、接口資源開(kāi)放性、移動(dòng)性以及便攜性等特點(diǎn)，隨著其處理速度、存儲(chǔ)容量、穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)能力等性能的逐漸提高，Android智能終端與工業(yè)應(yīng)用的結(jié)合將會(huì)得到很大發(fā)展。2011年Google推出Android開(kāi)放配件協(xié)議(Android Open Accessory Protocol，AOA，Protoco1)及配件開(kāi)發(fā)工具包(Accessory Development Kit，ADK)，提供了Android設(shè)備與Android配件通過(guò)USB或藍(lán)牙進(jìn)行通信的API，進(jìn)一步拓寬了Android終端的應(yīng)用范圍。基于以上條件，本文介紹了一種基于AOA協(xié)議，通過(guò)Android手機(jī)USB控制Android配件生成PWM信號(hào)的系統(tǒng)。

1 AOA協(xié)議

AOA協(xié)議用于Android配件通過(guò)USB或藍(lán)牙與Android終端進(jìn)行通信。基于AOA協(xié)議實(shí)現(xiàn)Android終端USB通信方式稱(chēng)為配件模式。此模式下，與Android終端通信的另一端設(shè)備稱(chēng)為Android配件，兩者都必須支持AOA協(xié)議。在USB通信過(guò)程中，Android終端充當(dāng)USB從機(jī)，Android配件充當(dāng)USB 主機(jī)并為總線供電。Android配件需具有USB主控制器功能并移植有AOA 協(xié)議。ADK開(kāi)發(fā)板是常見(jiàn)的Android配件。采用ADK 開(kāi)發(fā)板的Android配件模式示意如圖1所示.


AOA協(xié)議基于USB協(xié)議，它規(guī)定了配件如何檢測(cè)、枚舉Android設(shè)備，并與設(shè)備建立通信的方法。AOA協(xié)議的工作流程如圖2所示。

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2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以Android手機(jī)控制Android配件(ADK 開(kāi)發(fā)板)產(chǎn)生等脈寬PWM，并控制一舵機(jī)為例，采用的Android配件為英國(guó)飛特蒂亞公司(FTDI)公司生產(chǎn)的Android平臺(tái)USB主控模塊UMFT311EV。在該模塊的核心芯片內(nèi)集成了USB協(xié)議和AOA協(xié)議，并支持4路PWM。系統(tǒng)框圖如圖3所示。

2．2 軟件開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)采用的UMFT311EV 開(kāi)發(fā)板由于集成了AOA 協(xié)議，因此無(wú)需開(kāi)發(fā)Android配件端的程序。此外，F(xiàn)TDI公司針對(duì)UMFT311EV 為Android終端程序開(kāi)發(fā)提供了底層API。基于UMFT311EV 的Android手機(jī)端PWM 控制程序結(jié)構(gòu)如圖4所示。

在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，PWM 驅(qū)動(dòng)層為FTDI公司提供的與UMFT311EV開(kāi)發(fā)板通信的方法集合，PWM 驅(qū)動(dòng)層通過(guò)如表1所列的兩個(gè)類(lèi)與開(kāi)發(fā)板進(jìn)行USB通信。

PWM 用戶(hù)層具體實(shí)現(xiàn)控制邏輯，由用戶(hù)編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)。該層調(diào)用驅(qū)動(dòng)層的方法，從而間接實(shí)現(xiàn)與開(kāi)發(fā)板的通信。在本系統(tǒng)中，用到的驅(qū)動(dòng)層的方法如表2所列。

在編寫(xiě)程序前，需要為Android工程做以下設(shè)置工作：

① 配置Android Mainfest文件，設(shè)置Android USB配件模式。設(shè)定 元素及android．hardware．usb．a(chǎn)ccessory屬性值，聲明使用USB配件API；設(shè)置最小SDK版本為12(Android從該版本后支持USB配件模式)；增加元素，并指定android．hardware.Usb.action.USB_ACCESSORY_ATTACHED意圖，用于當(dāng)USB配件連接后向用戶(hù)發(fā)出提示。增加元素并使其指向一個(gè)外部的XML資源文件accessory_filter.xml，該文件用于聲明希望Android設(shè)備檢測(cè)的USB配件的描述信息。

② 配置accessory_filter.xml文件。增加元素，并指定manufacturer、model、version三個(gè)屬性。在Android配件的固件程序中，同樣包含以上三個(gè)屬性值。根據(jù)AOA協(xié)議，當(dāng)Android配件連接到Android設(shè)備上時(shí)，配件會(huì)發(fā)送該屬性值到Android設(shè)備。Android程序?qū)⑽ㄒ豁憫?yīng)與其accessory_filter.xml中指定的屬性值匹配的Android配件。

本系統(tǒng)的accessory_filter．xml的配置如下：

< usb—accessory model=”FTDIPWMDemo”
Manufacturer=”FTDI”
version= ”1.0”/>

Android手機(jī)端程序流程如圖5所示。

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3 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果

本系統(tǒng)的測(cè)試場(chǎng)景如圖6所示。

將ADK開(kāi)發(fā)板通過(guò)USB數(shù)據(jù)線連接至Android手機(jī)上，此時(shí)，手機(jī)界面將彈出授權(quán)對(duì)話框，提示打開(kāi)系統(tǒng)軟件。軟件界面如圖7所示。

點(diǎn)擊“輸出”按鈕，輸出PWM 信號(hào)。在輸出信號(hào)的過(guò)程中，可以通過(guò)滑動(dòng)條動(dòng)態(tài)調(diào)整PWM 信號(hào)的周期和占空比。經(jīng)過(guò)測(cè)試，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)Android手機(jī)通過(guò)USB接口控制產(chǎn)生PWM 信號(hào)。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備(Android手機(jī)和ADK開(kāi)發(fā)板)的性能限制，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)PWM 信號(hào)的參數(shù)調(diào)節(jié)范圍如表3所列。

經(jīng)過(guò)在小米2手機(jī)上的反復(fù)測(cè)試，通過(guò)手機(jī)能夠產(chǎn)生的PWM信號(hào)周期范圍為1～250 ms，占空比范圍為5%～95%，系統(tǒng)總體延遲小于5 ms。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)Android手機(jī)USB控制Android配件生成參數(shù)可控PWM信號(hào)的功能，并且可以通過(guò)操作Android手機(jī)界面實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)。項(xiàng)目組正開(kāi)發(fā)多種PWM信號(hào)的控制系統(tǒng)，并在深入研究和探討本系統(tǒng)與工業(yè)應(yīng)用的結(jié)合。

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