基于AppInventor的智能感知系統(tǒng)App設計

赫 亮 / 龔 蕤 / 崔曉飛 / 王建華

1. 北京建筑大學機電與車輛工程學院, 北京 100044 2. 中科院建筑設計研究院有限公司, 北京 100190

基于AppInventor的智能感知系統(tǒng)App設計

赫 亮1/ 龔 蕤1/ 崔曉飛1/ 王建華2

1. 北京建筑大學機電與車輛工程學院, 北京 100044 2. 中科院建筑設計研究院有限公司, 北京 100190

智能感知系統(tǒng)是智能家居的重要組成部分,通過利用智能手機和藍牙通信模塊開發(fā)了智能感知系統(tǒng)，以App軟件的形式安裝在手機上，以實時獲知環(huán)境或健康參數(shù)。

App 智能家居 藍牙

1 智能家居控制系統(tǒng)的內(nèi)容

在如今來勢洶涌的智能家居大潮中，創(chuàng)新和科技是關鍵因素。一般來說，智能家居控制系統(tǒng)的控制對象包括：空調(diào)或地暖、空氣凈化器、電動窗簾或電動開窗器、燈光、安防系統(tǒng)、門控系統(tǒng)、智能床、自動叫醒等。其中，最受消費者歡迎的智能家居功能有以下幾項。

1)智能家庭安防系統(tǒng)

系統(tǒng)配有高清攝像頭、人體紅外感應器、門磁報警器、煙霧傳感器、煤氣傳感器，對家庭進行全天候保護，一旦發(fā)生火災或煤氣泄漏，手機會自動收到短信或電話報警，并啟動安全模式，預防危險發(fā)生；手機實時連接家里的高清攝像頭，可隨時隨地查看。

2)智能燈光控制系統(tǒng)

將智能家居開關與智能控制器連接，可在居室內(nèi)任意位置控制所有燈光的開/關，還可以通過設置場景記憶模式來控制客廳、餐廳、書房及過道燈光的開/關和亮度等。

3)中控管理系統(tǒng)

集中管理家中所有設備(家電照明、多媒體)，對家中環(huán)境進行智能監(jiān)測，可使用手機進行遠程控制。

4)家庭門禁系統(tǒng)

智能門鎖能夠識別開門動作，門開燈亮；朋友到訪，可以遠程開門。

5)家電控制系統(tǒng)

個性定制，通過手機控制所有家用電器；定時預設，控制電器開啟與關閉時間；聯(lián)動控制，融合燈光、音樂系統(tǒng)；遠程控制，遠程啟動家中空調(diào)設備。

6)家庭影音系統(tǒng)

利用多媒體娛樂平臺把家打造成娛樂中心，運用先進的微電腦技術、無線遙控技術和紅外遙控技術，在程序指令控制下，根據(jù)用戶需求，把機頂盒、衛(wèi)星接收機、DVD、電腦等多路信號源發(fā)送到每一個房間的電視機、終端設備上實現(xiàn)一機共享。

7)智能感知系統(tǒng)

根據(jù)遍布的溫/濕度、光照度、語音識別、人體紅外等各類傳感器，可自動感知家居的環(huán)境狀態(tài)，并自動運行空調(diào)、窗簾、新風等系統(tǒng)；利用穿戴的智能手表或手環(huán)，用戶不僅能控制家用設備，還可以實時查看自身的身體狀況。

8)能源管理系統(tǒng)

通過云服務器的大數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)會自動統(tǒng)計用電情況，診斷各類電器運行狀態(tài)，量身定制高效用電方案，實現(xiàn)更好地節(jié)能。

2 智能手機的App開發(fā)

近年來，基于無線控制功能，智能手機在智能家居領域中扮演著舉足輕重的角色。智能手機的App開發(fā)是其中的重要環(huán)節(jié)，開發(fā)平臺多種多樣，包括Xamarin(跨平臺的應用開發(fā))、App Inventor(網(wǎng)絡開發(fā)平臺)、Android Studio(Android集成開發(fā)工具)、Eclipse(開放源代碼的基于Java的可擴展開發(fā)平臺)等。

以Android平臺為例，在App軟件的開發(fā)設計中，通常App開發(fā)采用Java+SDK+Eclipse模式，需要設計人員既掌握Java語言，又能使用Debug調(diào)試程序，入門較難，這阻礙了很多具有創(chuàng)意卻苦于沒有經(jīng)過編程訓練的人員進行App開發(fā)。而App Inventor是一個完全在線開發(fā)的安卓編程環(huán)境，去除了繁瑣難懂的代碼而使用積木式的堆疊法來代替編程，門檻低、入門易，避免了復雜的程序過程設計，用戶可以根據(jù)自己的需要來添加選項功能，簡潔直觀。

本文中設定的智能感知系統(tǒng)在通過手機App設計實現(xiàn)時主要兼顧以下幾個功能。

1)實現(xiàn)手機與感知設備之間通訊的連接和斷開，與硬件系統(tǒng)之間的信息交互及感知包括室內(nèi)空氣質(zhì)量、溫度、濕度、光照度、人體健康狀況等在內(nèi)的參數(shù)信息。

2)通過藍牙通信模塊的開發(fā)，在藍牙連接成功之后，利用單片機對相應傳感器的控制進行數(shù)據(jù)采集；在數(shù)據(jù)采集完成后，通過藍牙將數(shù)據(jù)發(fā)送給App，顯示到用戶手機上。

3 人體健康感知App核心界面開發(fā)過程

3.1開發(fā)組件

在該軟件的開發(fā)中共需12個可視化組件和6個不可視組件，其中部分組件的具體說明如下。

1)標簽組件：可視化組件，共5個，分別向用戶提供不同的提示信息。

2)按鈕組件：可視化組件，共4個，其功能分別為接收PulseSensor心率傳感器內(nèi)容、接收MLX90614傳感器內(nèi)容、打開藍牙列表、斷開藍牙連接等。

3)文本輸入框組件：可視化組件，共2個，分別用于向用戶展示2個傳感器收集到的數(shù)據(jù)。

4)下拉選項組件：用于跳轉(zhuǎn)至藍牙配對設備界面。

5)藍牙客戶端組件：不可視組件，用于與硬件部分進行信息的發(fā)送與接收。

6)對話框組件：不可視組件，用于向用戶提供一些消息通知，當用戶退出App時，該組件會彈出一個對話框，提醒用戶是否退出App。

7)activity啟動器組件：不可視組件，用于當某些動作發(fā)生時啟動某個功能的組件。

8)音效組件：不可視組件，用于為按鈕添加音效。

9)文件管理器組件：不可視組件，用于獲得來自單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)。

3.2核心界面設計

App核心界面的開發(fā)過程具體如下。

1)通過App Inventor編程，在核心功能設計界面打開附近藍牙設備菜單，通過選擇藍牙連接成功后提示用戶“藍牙配對成功”；設計斷開連接按鈕，點擊后斷開所配對藍牙設備，并提示用戶“藍牙連接已斷開”。

2)通過App Inventor編程，藍牙連接成功后，在核心功能界面設計“測心率”與“測體溫”按鈕，用戶通過點擊該按鈕，由App通過藍牙向單片機發(fā)送開啟PulseSensor心率傳感器及MLX90614體溫傳感器的信號，并在按鈕后方設計顯示框，接收來自單片機發(fā)送的測量數(shù)據(jù)，顯示給用戶。

3.3藍牙通信模塊開發(fā)

根據(jù)功能需求，對所需組件進行藍牙通信模塊的模塊化編程。

首先初始化三個按鈕，確認三個按鈕顯示狀態(tài)，若藍牙已經(jīng)啟動，則將“藍牙”按鈕文本改為“藍牙已開啟請選擇設備”的提示語；若藍牙未開啟，則通過Activity活動期開啟藍牙。模塊程序如圖1所示。

圖1 藍牙啟動器

待藍牙開啟后，通過下拉選框組件進行藍牙設備連接的選擇，若藍牙被連接，則通過Activity啟動器啟動調(diào)出藍牙配對列表菜單，如圖2所示。

圖2 Activity調(diào)用藍牙

待藍牙成功配對后，將選擇設備的文本設置為所配對藍牙的地址及名稱，方便用戶了解所配對藍牙是否正確，如圖3所示。

圖3 選擇設備按鈕

圖5 接收藍牙數(shù)據(jù)模塊

通過設置一個全局變量“HC06”將所選擇配對的藍牙設備賦予全局變量，同時設置“斷開連接”按鈕為提醒用戶“藍牙已連接，點擊斷開”，如果藍牙客戶端沒有發(fā)現(xiàn)與全局變量相同的配對設備，則通過對話框組件提醒用戶“藍牙連接失敗，請檢測”，如圖4所示。

圖4 藍牙連接模塊

若“測心率“按鈕被點擊，調(diào)用藍牙客戶端會向單片機發(fā)送字符串“1”，單片機接收到“1”后，將對應傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送給手機客戶端，藍牙客戶端通過判斷單片機所發(fā)送的字節(jié)數(shù)，如果所接收到的字節(jié)數(shù)>0個，則調(diào)用文本輸入框組件，將藍牙客戶端接收到的文本賦值給文本輸入框中，如圖5所示。

同理，如果需要顯示其他傳感器的數(shù)據(jù)，如體溫、PM2.5、有害氣體濃度等，除發(fā)送字符串的數(shù)值不同外，其余控制程序與圖6相同。

圖6 斷開連接按鈕

最后，當用戶想斷開藍牙關閉程序時，通過點擊斷開連接按鈕，調(diào)用藍牙客戶端組件斷開藍牙連接，同時重置所有按鈕的文本，保證下一次開啟后按鈕文本不變。

圖7為體溫和心率測量電路，圖8為手機App顯示的測量結果。在此基礎上還可以增加其他的參數(shù)顯示，簡單方便。

圖7 心率和體溫測量電路實物圖

4 結束語

智能家居控制系統(tǒng)目前種類繁多，但大都價格不菲，本文詳細介紹了智能家居感知系統(tǒng)手機App的開發(fā)方法，簡單實用，為用戶根據(jù)自己的需要和喜好，構建自己個性化的智能家居提供了可行的方法。

圖8 手機App顯示測量結果

[1] 陳光毅.人體健康指標實時監(jiān)測系統(tǒng)[D].哈爾濱理工大學，2017.

[2] 牛海濤，毛橙潔.手機應用開發(fā)-App Inventor 應用程序設計與實踐[M].北京：科學出版社，2015.

[3] 楊長龍.基于藍牙技術的智能家居控制器的研究與設計[D].北京工業(yè)大學，2013.

[4] 王杰. 基于Android與App Inventor的移動學習資源開發(fā)實踐與思考[J]. 廣東開放大學學報,2016,(04):38-42.

[5] 陳應. 物聯(lián)網(wǎng)技術下的智能家居應用實例[J]. 智能建筑,2013,(02):44-46.

AppDesignofIntelligentPerceptionSystemBasedonAppInventor

Hao Liang/ Gong Rui / Cui Xiaofei / Wang Jianhua

Intelligent perception system is the important part of smart home. Through using smart mobilephone and bluetooth module to develop intelligent perception system which installed on a mobilephone in form of App software, so that the environmental or healthy parameters are acquired in real time.

App, smart home, bluetooth