App Inventor 2 串口通信教程 - USB串口与蓝牙串口

• 串口通信基础概念
  • 什么是串口通信？
  • 为什么在 App Inventor 2 中使用串口通信？
• 方案对比
• 方案一：蓝牙串口通信（内置组件）
  • 所需硬件
  • HC-05/HC-06 蓝牙模块与 Arduino 连接
  • App Inventor 2 蓝牙串口组件配置
    • 1. 添加 BluetoothClient 组件
    • 2. BluetoothClient 关键属性
    • 3. BluetoothClient 关键方法
  • 蓝牙串口通信积木块实现
    • 界面设计
    • 蓝牙连接积木
    • 断开连接积木
    • 发送文本数据积木
    • 发送字节数据积木
    • 接收数据积木（定时轮询方式）
    • 接收数据积木（分隔符方式）
  • Arduino 端代码示例（蓝牙串口）
• 方案二：USB 串口通信（扩展组件）
  • 前提条件
  • 支持的 USB 转串口芯片
  • USB Serial 扩展组件
    • 常用的 USB Serial 扩展
    • 安装扩展
  • USB Serial 扩展的关键方法
  • USB 串口通信积木块实现
    • 界面设计
    • 打开串口积木
    • 关闭串口积木
    • 发送数据积木
    • 接收数据积木
• 数据格式与解析
  • 文本（ASCII）模式
  • 十六进制模式
    • 十六进制字符串转字节数组
    • 字节数组转十六进制字符串
  • 浮点数转字节
    • Arduino 端（发送浮点数）
    • App Inventor 2 端（接收并还原浮点数）
    • 推荐方案：文本方式传输浮点数
  • 数据帧格式设计
• 实战案例
  • 案例一：Arduino LED 蓝牙控制
    • Arduino 代码
    • App Inventor 2 积木
  • 案例二：DHT11 温湿度传感器数据读取
    • Arduino 代码
    • App Inventor 2 积木
  • 案例三：USB OTG 串口调试助手
    • 界面设计
    • 打开串口积木
    • 发送数据积木（支持文本/十六进制模式切换）
    • 接收数据显示积木
• 常见问题与解决方案
  • 1. 蓝牙连接失败
  • 2. 串口打开失败（USB 模式）
  • 3. 接收数据乱码
  • 4. 数据接收不完整
  • 5. 浮点数传输精度丢失
  • 6. 多条数据粘包
• 最佳实践
  • 通信协议设计
  • 调试技巧
  • 性能优化
• 参考资源

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串口通信基础概念

什么是串口通信？

串口通信（Serial Communication）是一种逐位（bit by bit）传输数据的通信方式。在嵌入式开发、物联网、传感器数据采集等领域，串口是最常用的通信手段之一。常见的串口参数包括：

为什么在 App Inventor 2 中使用串口通信？

在以下典型场景中，你需要在 App Inventor 2（简称 AI2）应用中使用串口通信：

• Arduino 通信：手机与 Arduino 开发板进行数据交互
• 传感器数据采集：读取温度、湿度、GPS 等传感器模块的数据
• 硬件控制：通过手机控制电机、舵机、LED 等外设
• 串口调试：开发一个手机端的串口调试助手工具
• 物联网项目：将硬件设备与手机 App 对接

方案对比

在 Android 平台上通过 App Inventor 2 实现串口通信，主要有以下三种方案：

选择建议：

• 如果你的项目需要有线直连（如使用 USB OTG 线连接 Arduino），选择 USB 串口方案
• 如果你需要无线控制且硬件成本较低，选择 蓝牙经典串口方案（HC-05/HC-06 模块）
• 如果你需要低功耗、较远距离通信，选择 蓝牙 BLE方案

方案一：蓝牙串口通信（内置组件）

蓝牙串口是 App Inventor 2 中最成熟、最容易实现的串口通信方式。AI2 内置了 BluetoothClient 和 BluetoothServer 组件，无需安装额外扩展。

所需硬件

• 蓝牙串口模块：HC-05、HC-06、JDY-31 等
• Arduino 开发板（可选，用于实际项目）
• 杜邦线等连接线材

HC-05/HC-06 蓝牙模块与 Arduino 连接

HC-05/HC-06    Arduino Uno
───────────    ───────────
  VCC    ───→   5V
  GND    ───→   GND
  TXD    ───→   RX (Pin 0)
  RXD    ───→   TX (Pin 1)

⚠️ 注意：HC-05/HC-06 的工作电压为 3.3V（RX 引脚），而 Arduino Uno 的 TX 输出为 5V。建议在 Arduino TX 与蓝牙模块 RXD 之间串联一个分压电路（两个电阻），以保护蓝牙模块。

App Inventor 2 蓝牙串口组件配置

1. 添加 BluetoothClient 组件

在 App Inventor 2 设计视图中：

1. 从左侧组件面板找到 Connectivity（连接） 分类
2. 将 BluetoothClient 组件拖入屏幕
3. 设置属性：
   • BluetoothClient1 是不可见组件，自动出现在组件列表中

2. BluetoothClient 关键属性

3. BluetoothClient 关键方法

蓝牙串口通信积木块实现

界面设计

建议在界面上放置以下组件：

• ListPicker（蓝牙设备选择器）：用于选择并连接蓝牙设备
• Button（发送按钮）：发送数据
• TextBox（输入框）：输入要发送的数据
• Label（显示标签）：显示接收到的数据
• BluetoothClient1（不可见组件）：蓝牙客户端

蓝牙连接积木

当 ListPicker1.BeforePicking 执行：
  设置 ListPicker1.Elements 为 BluetoothClient1.AddressesAndNames

当 ListPicker1.AfterPicking 执行：
  如果 BluetoothClient1.Connect(ListPicker1.Selection)：
    设置 Label_Status.文本 为 "已连接：" + ListPicker1.Selection
  否则：
    设置 Label_Status.文本 为 "连接失败！"

断开连接积木

当 Button_Disconnect.点击 执行：
  调用 BluetoothClient1.Disconnect()
  设置 Label_Status.文本 为 "已断开连接"

发送文本数据积木

当 Button_Send.点击 执行：
  如果 BluetoothClient1.IsConnected：
    调用 BluetoothClient1.SendText(TextBox_Send.文本)
  否则：
    设置 Label_Status.文本 为 "未连接！"

发送字节数据积木

当 Button_SendByte.点击 执行：
  如果 BluetoothClient1.IsConnected：
    调用 BluetoothClient1.SendBytes(字节数组)
  否则：
    设置 Label_Status.文本 为 "未连接！"

💡 提示：发送字节数据时，可以使用 AI2 的 make a list 和类型转换积木来构造字节数组。

接收数据积木（定时轮询方式）

当 Clock1.Timer 执行（间隔 100 毫秒）：
  如果 BluetoothClient1.IsConnected：
    如果 BluetoothClient1.Available() > 0：
      设置 Label_Receive.文本 为 BluetoothClient1.ReceiveText(BluetoothClient1.Available())

接收数据积木（分隔符方式）

使用分隔符方式可以按行接收数据（适用于 Arduino 的 Serial.println() 输出）：

当 BluetoothClient1.AfterReceiving 执行：
  // 当收到以 DelimiterByte 结尾的数据时触发
  设置 Label_Receive.文本 为 BluetoothClient1.ReceiveText(-1)

⚠️ 注意：使用分隔符接收方式前，需要先调用 BluetoothClient1.ReceiveText(-1)（参数为 -1 表示读取到分隔符为止）。分隔符默认为换行符（ASCII 10）。

Arduino 端代码示例（蓝牙串口）

// Arduino 蓝牙串口通信示例
// 使用 HardwareSerial 与蓝牙模块通信

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // 与蓝牙模块通信的波特率
}

void loop() {
  // 从蓝牙模块接收数据（来自手机 App）
  if (Serial.available() > 0) {
    char command = Serial.read();

    switch (command) {
      case '1':
        // 打开 LED
        digitalWrite(13, HIGH);
        Serial.println("LED ON");
        break;
      case '0':
        // 关闭 LED
        digitalWrite(13, LOW);
        Serial.println("LED OFF");
        break;
      case 'T':
        // 返回温度传感器数据
        int temp = analogRead(A0);
        Serial.println(temp);
        break;
    }
  }
}

💡 提示：如果你的 Arduino 使用了 Serial 与电脑通信，同时需要与蓝牙模块通信，可以考虑使用 SoftwareSerial 库，将蓝牙模块连接到其他数字引脚。

方案二：USB 串口通信（扩展组件）

USB 串口通信通过 Android 的 USB Host API 实现手机与 USB 设备的直接通信。这需要使用 OTG（On-The-Go）线缆和 USB Serial 扩展组件。

前提条件

1. Android 设备：必须支持 USB Host 模式（Android 3.1+，大部分现代手机均支持）
2. USB OTG 线缆：将手机 Micro-USB 或 USB-C 接口转换为标准 USB-A 接口
3. USB 转串口芯片：常见的有 CH340、CP2102、FT232、PL2303 等

支持的 USB 转串口芯片

USB Serial 扩展组件

由于 App Inventor 2 内置组件不直接支持 USB 串口通信，需要使用第三方扩展（Extension）。

常用的 USB Serial 扩展

1. SerialPort 扩展（社区扩展）
   • 基于 Android USB Host API 封装
   • 支持 CH340、CP210X、FTDI、PL2303 等芯片
   • 提供打开/关闭串口、发送/接收数据等基本功能
2. USB Serial 扩展（基于 felHR85/UsbSerial 库）
   • 开源库 UsbSerial 的 AI2 封装
   • 支持同步和异步数据读写
   • 支持 CDC、CP210X、FTDI、PL2303、CH34x 等芯片
   • GitHub 仓库：https://github.com/felHR85/UsbSerial

安装扩展

1. 下载扩展文件（.aix 格式）
2. 在 App Inventor 2 设计器中，点击左下角 “Extension” → “Import extension”
3. 选择下载的 .aix 文件，点击导入
4. 导入后，扩展组件将出现在组件面板的 Extension 分类中

USB Serial 扩展的关键方法

⚠️ 注意：以下为典型 USB Serial 扩展的方法描述，具体方法名称和参数可能因不同扩展而异，请参考你所使用的扩展的文档。

USB 串口通信积木块实现

界面设计

• Button（连接按钮）：打开 USB 串口
• Button（断开按钮）：关闭 USB 串口
• TextBox（波特率输入）：输入波特率，默认 9600
• TextBox（发送输入框）：输入要发送的数据
• Button（发送按钮）：发送数据
• Label（接收显示）：显示接收到的数据
• SerialPort1（扩展组件）：USB 串口组件

打开串口积木

当 Button_Connect.点击 执行：
  调用 SerialPort1.Open(TextBox_BaudRate.文本)
  如果 SerialPort1.IsOpened：
    设置 Label_Status.文本 为 "串口已打开，波特率：" + TextBox_BaudRate.文本
  否则：
    设置 Label_Status.文本 为 "串口打开失败，请检查设备连接"

关闭串口积木

当 Button_Disconnect.点击 执行：
  调用 SerialPort1.Close()
  设置 Label_Status.文本 为 "串口已关闭"

发送数据积木

当 Button_Send.点击 执行：
  如果 SerialPort1.IsOpened：
    调用 SerialPort1.WriteText(TextBox_Send.文本)
  否则：
    设置 Label_Status.文本 为 "串口未打开！"

接收数据积木

当 SerialPort1.AfterReceiving(receivedData) 执行：
  设置 Label_Receive.文本 为 receivedData

数据格式与解析

串口通信中，数据的编码和解析是关键环节。以下是常见的数据格式处理方法。

文本（ASCII）模式

最简单的通信方式，直接发送和接收文本字符串。

发送端积木：
  调用 BluetoothClient1.SendText("HELLO")

接收端积木：
  设置 receivedText 为 BluetoothClient1.ReceiveText(-1)

十六进制模式

在工业控制和嵌入式通信中，经常需要发送十六进制（Hex）格式的原始字节数据。

十六进制字符串转字节数组

将十六进制字符串（如 "FF 01 A3"）转换为字节数组：

过程 HexToBytes(hexString):
  // 将十六进制字符串拆分为字节列表
  设置 hexList 为 split hexString at " "
  设置 byteList 为 空列表

  对于 hexList 中的每个 hexByte：
    // 将两位十六进制字符串转为数字
    设置 byteValue 为 十六进制转十进制(hexByte)
    将 byteValue 添加到 byteList

  返回 byteList

💡 提示：AI2 中没有内置的十六进制转换函数，可以使用数学运算来实现。十六进制字符 ‘0’-‘9’ 对应值 0-9，’A’-‘F’ 对应值 10-15。

字节数组转十六进制字符串

将接收到的字节数组转换为可读的十六进制字符串：

过程 BytesToHex(byteList):
  设置 hexString 为 ""
  对于 byteList 中的每个 byteValue：
    设置 hexString 为 hexString + 格式化为两位十六进制(byteValue) + " "
  返回 hexString

浮点数转字节

在传感器数据传输中，经常需要将浮点数转换为字节进行传输。

Arduino 端（发送浮点数）

// Arduino 端：将浮点数通过串口发送
void sendFloat(float value) {
  byte* bytePtr = (byte*)&value;
  Serial.write(bytePtr, sizeof(float));  // 发送 4 个字节
}

App Inventor 2 端（接收并还原浮点数）

在 AI2 中接收 4 个字节后，需要将它们还原为浮点数：

过程 BytesToFloat(b1, b2, b3, b4):
  // IEEE 754 单精度浮点数（32位）
  // 小端模式（Little-Endian）：低位字节在前
  设置 intValue 为 b1 + b2 * 256 + b3 * 65536 + b4 * 16777216
  // 使用类型转换还原为浮点数
  // 注意：AI2 中需要通过扩展或特殊处理来实现浮点数字节转换
  返回 intValue 对应的浮点数

⚠️ 重要说明：App Inventor 2 原生不支持直接的浮点数字节转换。推荐的替代方案：

1. 在 Arduino 端直接发送文本：Serial.println(temperature, 2); 将浮点数转为文本发送
2. 使用乘以倍数的方式：发送 intValue = round(floatValue * 100)，在 AI2 端除以 100 还原
3. 使用支持数据转换的扩展组件

推荐方案：文本方式传输浮点数

Arduino 端代码：
  float temperature = 25.67;
  Serial.println(temperature, 2);  // 发送 "25.67\n"

AI2 端积木：
  当 Clock1.Timer 执行：
    如果 BluetoothClient1.Available() > 0：
      设置 receivedText 为 BluetoothClient1.ReceiveText(-1)
      设置 temperature 为 转换为数字(receivedText)
      设置 Label_Temp.文本 为 "温度：" + temperature + "°C"

数据帧格式设计

在复杂的通信场景中，建议设计统一的数据帧格式：

帧头 + 数据长度 + 数据体 + 校验和 + 帧尾

示例：
  0xAA 0x55  0x04  0x01 0x19 0x00 0x00  0x1E  0x0D 0x0A
  帧头       长度  数据体（4字节）         校验  帧尾

过程 ParseDataFrame(receivedBytes):
  // 查找帧头 0xAA55
  如果 receivedBytes[1] = 0xAA 且 receivedBytes[2] = 0x55：
    设置 dataLength 为 receivedBytes[3]
    // 提取数据体
    设置 dataStart 为 4
    设置 checksum 为 0
    对于 i = dataStart 到 dataStart + dataLength - 1：
      checksum = checksum + receivedBytes[i]
    // 校验
    如果 checksum mod 256 = receivedBytes[dataStart + dataLength]：
      返回 "数据校验通过"
    否则：
      返回 "数据校验失败"

实战案例

案例一：Arduino LED 蓝牙控制

通过手机蓝牙远程控制 Arduino 上的 LED 开关。

Arduino 代码

// Arduino 蓝牙 LED 控制示例
const int LED_PIN = 13;

void setup() {
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);  // HC-05 默认波特率
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    char cmd = Serial.read();
    if (cmd == '1') {
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
      Serial.println("LED:ON");
    } else if (cmd == '0') {
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);
      Serial.println("LED:OFF");
    }
  }
}

App Inventor 2 积木

连接蓝牙设备：

当 ListPicker_BT.BeforePicking 执行：
  设置 ListPicker_BT.Elements 为 BluetoothClient1.AddressesAndNames

当 ListPicker_BT.AfterPicking 执行：
  BluetoothClient1.Connect(ListPicker_BT.Selection)

开灯：

当 Button_On.点击 执行：
  如果 BluetoothClient1.IsConnected：
    调用 BluetoothClient1.SendText("1")

关灯：

当 Button_Off.点击 执行：
  如果 BluetoothClient1.IsConnected：
    调用 BluetoothClient1.SendText("0")

接收反馈：

当 Clock1.Timer 执行（间隔 200ms）：
  如果 BluetoothClient1.IsConnected：
    如果 BluetoothClient1.Available() > 0：
      设置 Label_Feedback.文本 为 BluetoothClient1.ReceiveText(BluetoothClient1.Available())

案例二：DHT11 温湿度传感器数据读取

通过蓝牙实时读取 Arduino 连接的 DHT11 温湿度传感器数据。

Arduino 代码

#include <DHT.h>

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  dht.begin();
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    char cmd = Serial.read();
    if (cmd == 'R') {  // 收到读取命令
      float h = dht.readHumidity();
      float t = dht.readTemperature();

      if (!isnan(h) && !isnan(t)) {
        // 以文本格式发送，逗号分隔
        Serial.print(t, 1);
        Serial.print(",");
        Serial.println(h, 1);
      } else {
        Serial.println("ERROR");
      }
    }
  }
}

App Inventor 2 积木

请求传感器数据：

当 Button_Read.点击 执行：
  如果 BluetoothClient1.IsConnected：
    调用 BluetoothClient1.SendText("R")

自动定时读取：

当 Clock_Auto.Timer 执行（间隔 2000ms）：
  如果 Checkbox_Auto.勾选 且 BluetoothClient1.IsConnected：
    调用 BluetoothClient1.SendText("R")

解析接收数据：

当 Clock_Receive.Timer 执行（间隔 100ms）：
  如果 BluetoothClient1.IsConnected：
    如果 BluetoothClient1.Available() > 0：
      设置 rawText 为 BluetoothClient1.ReceiveText(-1)
      设置 dataList 为 split rawText at ","
      如果 length of dataList ≥ 2：
        设置 temp 为 select list item list=dataList index=1
        设置 humi 为 select list item list=dataList index=2
        设置 Label_Temp.文本 为 "温度：" + temp + "°C"
        设置 Label_Humi.文本 为 "湿度：" + humi + "%"

案例三：USB OTG 串口调试助手

开发一个简单的 USB 串口调试工具，支持发送和接收十六进制/文本数据。

界面设计

打开串口积木

当 Button_Connect.点击 执行：
  设置 baudRate 为 转换为数字(TextBox_BaudRate.文本)
  调用 SerialPort1.Open(baudRate)

发送数据积木（支持文本/十六进制模式切换）

当 Button_Send.点击 执行：
  如果 SerialPort1.IsOpened：
    如果 CheckBox_HexMode.勾选：
      // 十六进制模式：将十六进制字符串转为字节
      设置 hexString 为 TextBox_Send.文本
      设置 byteList 为 call HexToBytes(hexString)
      调用 SerialPort1.WriteBytes(byteList)
    否则：
      // 文本模式：直接发送文本
      调用 SerialPort1.WriteText(TextBox_Send.文本)

接收数据显示积木

当 SerialPort1.AfterReceiving(data) 执行：
  如果 CheckBox_HexMode.勾选：
    // 十六进制模式显示
    设置 Label_Receive.文本 为 Label_Receive.文本 + call BytesToHex(data)
  否则：
    // 文本模式显示
    设置 Label_Receive.文本 为 Label_Receive.文本 + data

常见问题与解决方案

1. 蓝牙连接失败

问题描述：点击蓝牙设备后显示连接失败。

解决方案：

• 确保手机蓝牙已开启，并且已与 HC-05/HC-06 配对
• HC-05 默认配对密码为 1234 或 0000
• 在 Android 系统设置中手动配对蓝牙设备后，再在 App 中连接
• 确保没有其他应用占用蓝牙连接

2. 串口打开失败（USB 模式）

问题描述：USB 串口扩展无法打开设备。

解决方案：

• 确认手机支持 USB OTG 功能
• 确认 OTG 线缆工作正常
• 确认 USB 转串口芯片型号在扩展的支持列表中
• 部分 Android 设备需要用户授权 USB 设备访问权限（弹窗确认）

3. 接收数据乱码

问题描述：接收到的数据显示为乱码。

解决方案：

• 检查波特率是否匹配：App 端和 Arduino/设备端必须一致
• 检查数据格式：文本模式和十六进制模式不要混用
• 检查编码方式：确保两端使用相同的字符编码（ASCII / UTF-8）
• 如果发送中文，确保使用 UTF-8 编码

4. 数据接收不完整

问题描述：接收到的数据被截断或分多次到达。

解决方案：

• 使用分隔符方式接收（如换行符 \n）
• 设计数据帧格式，包含帧头、长度、校验等信息
• 在 Arduino 端使用 Serial.println() 而非 Serial.print()
• 适当增大定时器的接收间隔

5. 浮点数传输精度丢失

问题描述：传输浮点数时精度丢失。

解决方案：

• 推荐：在 Arduino 端直接以文本形式发送浮点数：Serial.println(value, 2);
• 如果必须使用二进制方式传输，注意字节序（大小端）问题
• Arduino 使用小端序（Little-Endian），部分扩展可能需要手动处理字节序

6. 多条数据粘包

问题描述：快速连续发送数据时，接收端出现粘包现象。

解决方案：

• 使用行缓冲：每条数据后加 \r\n 或 \n
• 使用固定长度数据帧
• 使用起始/结束标记（如 <> 包裹每条数据）

最佳实践

通信协议设计

1. 简单协议（适合初学者）：
   • 发送单个字符命令：'1'=开灯，'0'=关灯
   • 接收单行文本响应
2. 结构化协议（推荐）：

   命令格式：CMD:param1,param2\n
   示例：SET_TEMP:25.5\n
         GET_DATA:TEMP,HUMI\n
   

3. 二进制协议（高级应用）：

   帧结构：[帧头 0xAA][帧头 0x55][长度][命令][数据...][校验和]
   

调试技巧

1. 先用串口调试工具验证：在写 App 之前，先用电脑端的串口助手（如 SSCOM、Tera Term）验证 Arduino 端的通信逻辑
2. 逐步调试：先确保能连接，再确保能发送，最后调试接收
3. 显示原始数据：在 App 界面上同时显示十六进制和文本格式的收发数据，方便排查问题
4. 添加状态指示：始终显示连接状态和最后的通信时间戳

性能优化

1. 接收缓冲区：适当增大接收缓冲区，避免数据溢出
2. 避免频繁发送：在定时器中控制发送频率，建议间隔 ≥ 100ms
3. 数据处理异步化：将数据解析放在单独的过程中处理，不要阻塞通信
4. 蓝牙 BLE 替代：如果只需要低频数据传输（如每秒 1-2 次），考虑使用 BLE 方案以降低功耗

参考资源

• MIT App Inventor 官方文档
• MIT App Inventor 社区论坛
• felHR85/UsbSerial - Android USB 串口库
• Android USB Host API 官方文档
• Arduino Bluetooth Serial 教程

MIT App Inventor 官方文档采用 CC BY-SA 4.0 授权，本文档由 ai2claw 🐝 整理