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Android平台下AOA协议的PWM信号控制系统

2015-05-31   来源:互联网   点击:
Android开放配件(AOA)协议是一种Android终端通过USB总线与Android配件进行通信的协议,该协议为Android终端应用于设备控制和数据采集领域提供了条件。在一些设备控制应用中,有采用Android设备作为控制终端的需...

Android开放配件(AOA)协议是一种Android终端通过USB总线与Android配件进行通信的协议,该协议为Android终端应用于设备控制和数据采集领域提供了条件。在一些设备控制应用中,有采用Android设备作为控制终端的需求。针对该问题,提出了一个通过Android手机控制Android配件UMFT311EV开发板生成PWM信号的系统。系统基于Android开放配件协议,通过操作Android手机界面控制PWM信号的周期和占空比。首先介绍了系统构成,然后给出了Android终端软件的具体实现,最后以驱动舵机为例进行系统测试。系统实现了Android手机产生参数可控的PWM信号。

PWM(Pulse width Modulation,脉冲宽度调制)是一种调压技术也是一种变频技术,由于其具有经济、节约空间、抗噪性能强等优点,已广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等领域中。目前,嵌入式PWM控制应用广泛采用单片机,如简单应用可选用PIC、AVR等系列单片机,比较复杂的应用可选用DSP,要求更高的可以选用ARM等。但是,PWM控制应用中选用Android智能手机还未见相关实例。

Android是一种全新的开源手机操作系统,具有强大的应用层API和传感器功能,广泛应用于手机、平板电脑等移动设备中。Android智能手机具有优越的用户交互性、接口资源开放性、移动性以及便携性等特点,随着其处理速度、存储容量、稳定性、网络访问能力等性能的逐渐提高,Android智能终端与工业应用的结合将会得到很大发展。2011年Google推出Android开放配件协议(Android Open Accessory Protocol,AOA,Protoco1)及配件开发工具包(Accessory Development Kit,ADK),提供了Android设备与Android配件通过USB或蓝牙进行通信的API,进一步拓宽了Android终端的应用范围。基于以上条件,本文介绍了一种基于AOA协议,通过Android手机USB控制Android配件生成PWM信号的系统。

1 AOA协议

AOA协议用于Android配件通过USB或蓝牙与Android终端进行通信。基于AOA协议实现Android终端USB通信方式称为配件模式。此模式下,与Android终端通信的另一端设备称为Android配件,两者都必须支持AOA协议。在USB通信过程中,Android终端充当USB从机,Android配件充当USB主机并为总线供电。Android配件需具有USB主控制器功能并移植有AOA协议。ADK开发板是常见的Android配件。采用ADK开发板的Android配件模式示意如图1所示。



图1 Android配件模式

AOA协议基于USB协议,它规定了配件如何检测、枚举Android设备,并与设备建立通信的方法。AOA协议的工作流程如图2所示。



图2 AOA协议工作流程

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2系统设计与实现

2.1系统设计

系统以Android手机控制Android配件(ADK开发板)产生等脉宽PWM,并控制一舵机为例,采用的Android配件为英国飞特蒂亚公司(FTDI)公司生产的Android平台USB主控模块UMFT311EV.在该模块的核心芯片内集成了USB协议和AOA协议,并支持4路PWM.系统框图如图3所示。

2.2软件开发

本系统采用的UMFT311EV开发板由于集成了AOA协议,因此无需开发Android配件端的程序。此外,FTDI公司针对UMFT311EV为Android终端程序开发提供了底层API.基于UMFT311EV的Android手机端PWM控制程序结构如图4所示。



图3系统框图

图4程序结构

在图4所示的结构中,PWM驱动层为FTDI公司提供的与UMFT311EV开发板通信的方法集合,PWM驱动层通过如表1所列的两个类与开发板进行USB通信。


PWM用户层具体实现控制逻辑,由用户编写程序实现。该层调用驱动层的方法,从而间接实现与开发板的通信。在本系统中,用到的驱动层的方法如表2所列。


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在编写程序前,需要为Android工程做以下设置工作:

①配置Android Mainfest文件,设置Android USB配件模式。设定元素及android.hardware.usb.accessory属性值,声明使用USB配件API;设置最小SDK版本为12(Android从该版本后支持USB配件模式);增加元素,并指定android.hardware.Usb.action.USB_ACCESSORY_ATTACHED意图,用于当USB配件连接后向用户发出提示。增加元素并使其指向一个外部的XML资源文件accessory_filter.xml,该文件用于声明希望Android设备检测的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三个属性。在Android配件的固件程序中,同样包含以上三个属性值。根据AOA协议,当Android配件连接到Android设备上时,配件会发送该属性值到Android设备。Android程序将唯一响应与其accessory_filter.xml中指定的属性值匹配的Android配件。

本系统的accessory_filter.xml的配置如下:

Android手机端程序流程如图5所示。



图5程序流程

3系统测试及结果

本系统的测试场景如图6所示。

将ADK开发板通过USB数据线连接至Android手机上,此时,手机界面将弹出授权对话框,提示打开系统软件。软件界面如图7所示。

点击"输出"按钮,输出PWM信号。在输出信号的过程中,可以通过滑动条动态调整PWM信号的周期和占空比。经过测试,本系统能够实现Android手机通过USB接口控制产生PWM信号。由于实验设备(Android手机和ADK开发板)的性能限制,本系统能够实现PWM信号的参数调节范围如表3所列。



图6测试场景

图7软件界面

结语

经过在小米2手机上的反复测试,通过手机能够产生的PWM信号周期范围为1~250 ms,占空比范围为5%~95%,系统总体延迟小于5 ms.系统实现了通过Android手机USB控制Android配件生成参数可控PWM信号的功能,并且可以通过操作Android手机界面实现动态调节PWM信号。项目组正开发多种PWM信号的控制系统,并在深入研究和探讨本系统与工业应用的结合。

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