基于AppInventor的智能感知系统App设计

赫 亮 / 龚 蕤 / 崔晓飞 / 王建华

1. 北京建筑大学机电与车辆工程学院, 北京 100044 2. 中科院建筑设计研究院有限公司, 北京 100190

基于AppInventor的智能感知系统App设计

赫 亮1/ 龚 蕤1/ 崔晓飞1/ 王建华2

1. 北京建筑大学机电与车辆工程学院, 北京 100044 2. 中科院建筑设计研究院有限公司, 北京 100190

智能感知系统是智能家居的重要组成部分,通过利用智能手机和蓝牙通信模块开发了智能感知系统，以App软件的形式安装在手机上，以实时获知环境或健康参数。

App 智能家居 蓝牙

1 智能家居控制系统的内容

在如今来势汹涌的智能家居大潮中，创新和科技是关键因素。一般来说，智能家居控制系统的控制对象包括：空调或地暖、空气净化器、电动窗帘或电动开窗器、灯光、安防系统、门控系统、智能床、自动叫醒等。其中，最受消费者欢迎的智能家居功能有以下几项。

1)智能家庭安防系统

系统配有高清摄像头、人体红外感应器、门磁报警器、烟雾传感器、煤气传感器，对家庭进行全天候保护，一旦发生火灾或煤气泄漏，手机会自动收到短信或电话报警，并启动安全模式，预防危险发生；手机实时连接家里的高清摄像头，可随时随地查看。

2)智能灯光控制系统

将智能家居开关与智能控制器连接，可在居室内任意位置控制所有灯光的开/关，还可以通过设置场景记忆模式来控制客厅、餐厅、书房及过道灯光的开/关和亮度等。

3)中控管理系统

集中管理家中所有设备(家电照明、多媒体)，对家中环境进行智能监测，可使用手机进行远程控制。

4)家庭门禁系统

智能门锁能够识别开门动作，门开灯亮；朋友到访，可以远程开门。

5)家电控制系统

个性定制，通过手机控制所有家用电器；定时预设，控制电器开启与关闭时间；联动控制，融合灯光、音乐系统；远程控制，远程启动家中空调设备。

6)家庭影音系统

利用多媒体娱乐平台把家打造成娱乐中心，运用先进的微电脑技术、无线遥控技术和红外遥控技术，在程序指令控制下，根据用户需求，把机顶盒、卫星接收机、DVD、电脑等多路信号源发送到每一个房间的电视机、终端设备上实现一机共享。

7)智能感知系统

根据遍布的温/湿度、光照度、语音识别、人体红外等各类传感器，可自动感知家居的环境状态，并自动运行空调、窗帘、新风等系统；利用穿戴的智能手表或手环，用户不仅能控制家用设备，还可以实时查看自身的身体状况。

8)能源管理系统

通过云服务器的大数据分析，该系统会自动统计用电情况，诊断各类电器运行状态，量身定制高效用电方案，实现更好地节能。

2 智能手机的App开发

近年来，基于无线控制功能，智能手机在智能家居领域中扮演着举足轻重的角色。智能手机的App开发是其中的重要环节，开发平台多种多样，包括Xamarin(跨平台的应用开发)、App Inventor(网络开发平台)、Android Studio(Android集成开发工具)、Eclipse(开放源代码的基于Java的可扩展开发平台)等。

以Android平台为例，在App软件的开发设计中，通常App开发采用Java+SDK+Eclipse模式，需要设计人员既掌握Java语言，又能使用Debug调试程序，入门较难，这阻碍了很多具有创意却苦于没有经过编程训练的人员进行App开发。而App Inventor是一个完全在线开发的安卓编程环境，去除了繁琐难懂的代码而使用积木式的堆叠法来代替编程，门槛低、入门易，避免了复杂的程序过程设计，用户可以根据自己的需要来添加选项功能，简洁直观。

本文中设定的智能感知系统在通过手机App设计实现时主要兼顾以下几个功能。

1)实现手机与感知设备之间通讯的连接和断开，与硬件系统之间的信息交互及感知包括室内空气质量、温度、湿度、光照度、人体健康状况等在内的参数信息。

2)通过蓝牙通信模块的开发，在蓝牙连接成功之后，利用单片机对相应传感器的控制进行数据采集；在数据采集完成后，通过蓝牙将数据发送给App，显示到用户手机上。

3 人体健康感知App核心界面开发过程

3.1开发组件

在该软件的开发中共需12个可视化组件和6个不可视组件，其中部分组件的具体说明如下。

1)标签组件：可视化组件，共5个，分别向用户提供不同的提示信息。

2)按钮组件：可视化组件，共4个，其功能分别为接收PulseSensor心率传感器内容、接收MLX90614传感器内容、打开蓝牙列表、断开蓝牙连接等。

3)文本输入框组件：可视化组件，共2个，分别用于向用户展示2个传感器收集到的数据。

4)下拉选项组件：用于跳转至蓝牙配对设备界面。

5)蓝牙客户端组件：不可视组件，用于与硬件部分进行信息的发送与接收。

6)对话框组件：不可视组件，用于向用户提供一些消息通知，当用户退出App时，该组件会弹出一个对话框，提醒用户是否退出App。

7)activity启动器组件：不可视组件，用于当某些动作发生时启动某个功能的组件。

8)音效组件：不可视组件，用于为按钮添加音效。

9)文件管理器组件：不可视组件，用于获得来自单片机发送的数据。

3.2核心界面设计

App核心界面的开发过程具体如下。

1)通过App Inventor编程，在核心功能设计界面打开附近蓝牙设备菜单，通过选择蓝牙连接成功后提示用户“蓝牙配对成功”；设计断开连接按钮，点击后断开所配对蓝牙设备，并提示用户“蓝牙连接已断开”。

2)通过App Inventor编程，蓝牙连接成功后，在核心功能界面设计“测心率”与“测体温”按钮，用户通过点击该按钮，由App通过蓝牙向单片机发送开启PulseSensor心率传感器及MLX90614体温传感器的信号，并在按钮后方设计显示框，接收来自单片机发送的测量数据，显示给用户。

3.3蓝牙通信模块开发

根据功能需求，对所需组件进行蓝牙通信模块的模块化编程。

首先初始化三个按钮，确认三个按钮显示状态，若蓝牙已经启动，则将“蓝牙”按钮文本改为“蓝牙已开启请选择设备”的提示语；若蓝牙未开启，则通过Activity活动期开启蓝牙。模块程序如图1所示。

图1 蓝牙启动器

待蓝牙开启后，通过下拉选框组件进行蓝牙设备连接的选择，若蓝牙被连接，则通过Activity启动器启动调出蓝牙配对列表菜单，如图2所示。

图2 Activity调用蓝牙

待蓝牙成功配对后，将选择设备的文本设置为所配对蓝牙的地址及名称，方便用户了解所配对蓝牙是否正确，如图3所示。

图3 选择设备按钮

图5 接收蓝牙数据模块

通过设置一个全局变量“HC06”将所选择配对的蓝牙设备赋予全局变量，同时设置“断开连接”按钮为提醒用户“蓝牙已连接，点击断开”，如果蓝牙客户端没有发现与全局变量相同的配对设备，则通过对话框组件提醒用户“蓝牙连接失败，请检测”，如图4所示。

图4 蓝牙连接模块

若“测心率“按钮被点击，调用蓝牙客户端会向单片机发送字符串“1”，单片机接收到“1”后，将对应传感器的数据发送给手机客户端，蓝牙客户端通过判断单片机所发送的字节数，如果所接收到的字节数>0个，则调用文本输入框组件，将蓝牙客户端接收到的文本赋值给文本输入框中，如图5所示。

同理，如果需要显示其他传感器的数据，如体温、PM2.5、有害气体浓度等，除发送字符串的数值不同外，其余控制程序与图6相同。

图6 断开连接按钮

最后，当用户想断开蓝牙关闭程序时，通过点击断开连接按钮，调用蓝牙客户端组件断开蓝牙连接，同时重置所有按钮的文本，保证下一次开启后按钮文本不变。

图7为体温和心率测量电路，图8为手机App显示的测量结果。在此基础上还可以增加其他的参数显示，简单方便。

图7 心率和体温测量电路实物图

4 结束语

智能家居控制系统目前种类繁多，但大都价格不菲，本文详细介绍了智能家居感知系统手机App的开发方法，简单实用，为用户根据自己的需要和喜好，构建自己个性化的智能家居提供了可行的方法。

图8 手机App显示测量结果

[1] 陈光毅.人体健康指标实时监测系统[D].哈尔滨理工大学，2017.

[2] 牛海涛，毛橙洁.手机应用开发-App Inventor 应用程序设计与实践[M].北京：科学出版社，2015.

[3] 杨长龙.基于蓝牙技术的智能家居控制器的研究与设计[D].北京工业大学，2013.

[4] 王杰. 基于Android与App Inventor的移动学习资源开发实践与思考[J]. 广东开放大学学报,2016,(04):38-42.

[5] 陈应. 物联网技术下的智能家居应用实例[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