赫 亮 / 龔 蕤 / 崔曉飛 / 王建華

1. 北京建筑大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院, 北京 100044 2. 中科院建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 北京 100190

基于AppInventor的智能感知系統(tǒng)App設(shè)計(jì)

赫 亮1/ 龔 蕤1/ 崔曉飛1/ 王建華2

1. 北京建筑大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院, 北京 100044 2. 中科院建筑設(shè)計(jì)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(jī)和藍(lán)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(jī)上，以實(shí)時(shí)獲知環(huán)境或健康參數(shù)。

App 智能家居 藍(lán)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(guān)鍵因素。一般來說，智能家居控制系統(tǒng)的控制對(duì)象包括：空調(diào)或地暖、空氣凈化器、電動(dòng)窗簾或電動(dòng)開窗器、燈光、安防系統(tǒng)、門控系統(tǒng)、智能床、自動(dòng)叫醒等。其中，最受消費(fèi)者歡迎的智能家居功能有以下幾項(xiàng)。

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(yīng)器、門磁報(bào)警器、煙霧傳感器、煤氣傳感器，對(duì)家庭進(jìn)行全天候保護(hù)，一旦發(fā)生火災(zāi)或煤氣泄漏，手機(jī)會(huì)自動(dòng)收到短信或電話報(bào)警，并啟動(dòng)安全模式，預(yù)防危險(xiǎn)發(fā)生；手機(jī)實(shí)時(shí)連接家里的高清攝像頭，可隨時(shí)隨地查看。

2)智能燈光控制系統(tǒng)

將智能家居開關(guān)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(guān)，還可以通過設(shè)置場景記憶模式來控制客廳、餐廳、書房及過道燈光的開/關(guān)和亮度等。

3)中控管理系統(tǒng)

集中管理家中所有設(shè)備(家電照明、多媒體)，對(duì)家中環(huán)境進(jìn)行智能監(jiān)測，可使用手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

4)家庭門禁系統(tǒng)

智能門鎖能夠識(shí)別開門動(dòng)作，門開燈亮；朋友到訪，可以遠(yuǎn)程開門。

5)家電控制系統(tǒng)

個(gè)性定制，通過手機(jī)控制所有家用電器；定時(shí)預(yù)設(shè)，控制電器開啟與關(guān)閉時(shí)間；聯(lián)動(dòng)控制，融合燈光、音樂系統(tǒng)；遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程啟動(dòng)家中空調(diào)設(shè)備。

6)家庭影音系統(tǒng)

利用多媒體娛樂平臺(tái)把家打造成娛樂中心，運(yùn)用先進(jìn)的微電腦技術(shù)、無線遙控技術(shù)和紅外遙控技術(shù)，在程序指令控制下，根據(jù)用戶需求，把機(jī)頂盒、衛(wèi)星接收機(jī)、DVD、電腦等多路信號(hào)源發(fā)送到每一個(gè)房間的電視機(jī)、終端設(shè)備上實(shí)現(xiàn)一機(jī)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(shí)別、人體紅外等各類傳感器，可自動(dòng)感知家居的環(huán)境狀態(tài)，并自動(dòng)運(yùn)行空調(diào)、窗簾、新風(fēng)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(shè)備，還可以實(shí)時(shí)查看自身的身體狀況。

8)能源管理系統(tǒng)

通過云服務(wù)器的大數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)用電情況，診斷各類電器運(yùn)行狀態(tài)，量身定制高效用電方案，實(shí)現(xiàn)更好地節(jié)能。

2 智能手機(jī)的App開發(fā)

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

以Android平臺(tái)為例，在App軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)中，通常App開發(fā)采用Java+SDK+Eclipse模式，需要設(shè)計(jì)人員既掌握J(rèn)ava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(xùn)練的人員進(jìn)行App開發(fā)。而App Inventor是一個(gè)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(fù)雜的程序過程設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)自己的需要來添加選項(xiàng)功能，簡潔直觀。

本文中設(shè)定的智能感知系統(tǒng)在通過手機(jī)App設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)主要兼顧以下幾個(gè)功能。

1)實(shí)現(xiàn)手機(jī)與感知設(shè)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(lán)牙通信模塊的開發(fā)，在藍(lán)牙連接成功之后，利用單片機(jī)對(duì)相應(yīng)傳感器的控制進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；在數(shù)據(jù)采集完成后，通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)送給App，顯示到用戶手機(jī)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(gè)可視化組件和6個(gè)不可視組件，其中部分組件的具體說明如下。

1)標(biāo)簽組件：可視化組件，共5個(gè)，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(gè)，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(lán)牙列表、斷開藍(lán)牙連接等。

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

4)下拉選項(xiàng)組件：用于跳轉(zhuǎn)至藍(lán)牙配對(duì)設(shè)備界面。

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

6)對(duì)話框組件：不可視組件，用于向用戶提供一些消息通知，當(dāng)用戶退出App時(shí)，該組件會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，提醒用戶是否退出App。

7)activity啟動(dòng)器組件：不可視組件，用于當(dāng)某些動(dòng)作發(fā)生時(shí)啟動(dòng)某個(gè)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(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。

3.2核心界面設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)界面打開附近藍(lán)牙設(shè)備菜單，通過選擇藍(lán)牙連接成功后提示用戶“藍(lán)牙配對(duì)成功”；設(shè)計(jì)斷開連接按鈕，點(diǎn)擊后斷開所配對(duì)藍(lán)牙設(shè)備，并提示用戶“藍(lán)牙連接已斷開”。

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

3.3藍(lán)牙通信模塊開發(fā)

根據(jù)功能需求，對(duì)所需組件進(jìn)行藍(lán)牙通信模塊的模塊化編程。

首先初始化三個(gè)按鈕，確認(rèn)三個(gè)按鈕顯示狀態(tài)，若藍(lán)牙已經(jīng)啟動(dòng)，則將“藍(lán)牙”按鈕文本改為“藍(lán)牙已開啟請(qǐng)選擇設(shè)備”的提示語；若藍(lán)牙未開啟，則通過Activity活動(dòng)期開啟藍(lán)牙。模塊程序如圖1所示。

圖1 藍(lán)牙啟動(dòng)器

待藍(lán)牙開啟后，通過下拉選框組件進(jìn)行藍(lán)牙設(shè)備連接的選擇，若藍(lán)牙被連接，則通過Activity啟動(dòng)器啟動(dòng)調(diào)出藍(lán)牙配對(duì)列表菜單，如圖2所示。

圖2 Activity調(diào)用藍(lán)牙

待藍(lán)牙成功配對(duì)后，將選擇設(shè)備的文本設(shè)置為所配對(duì)藍(lán)牙的地址及名稱，方便用戶了解所配對(duì)藍(lán)牙是否正確，如圖3所示。

圖3 選擇設(shè)備按鈕

圖5 接收藍(lán)牙數(shù)據(jù)模塊

通過設(shè)置一個(gè)全局變量“HC06”將所選擇配對(duì)的藍(lán)牙設(shè)備賦予全局變量，同時(shí)設(shè)置“斷開連接”按鈕為提醒用戶“藍(lán)牙已連接，點(diǎn)擊斷開”，如果藍(lán)牙客戶端沒有發(fā)現(xiàn)與全局變量相同的配對(duì)設(shè)備，則通過對(duì)話框組件提醒用戶“藍(lán)牙連接失敗，請(qǐng)檢測”，如圖4所示。

圖4 藍(lán)牙連接模塊

若“測心率“按鈕被點(diǎn)擊，調(diào)用藍(lán)牙客戶端會(huì)向單片機(jī)發(fā)送字符串“1”，單片機(jī)接收到“1”后，將對(duì)應(yīng)傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送給手機(jī)客戶端，藍(lán)牙客戶端通過判斷單片機(jī)所發(fā)送的字節(jié)數(shù)，如果所接收到的字節(jié)數(shù)>0個(gè)，則調(diào)用文本輸入框組件，將藍(lán)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(dāng)用戶想斷開藍(lán)牙關(guān)閉程序時(shí)，通過點(diǎn)擊斷開連接按鈕，調(diào)用藍(lán)牙客戶端組件斷開藍(lán)牙連接，同時(shí)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(jī)App顯示的測量結(jié)果。在此基礎(chǔ)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(shí)物圖

4 結(jié)束語

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

圖8 手機(jī)App顯示測量結(jié)果

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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