WPF在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

顧家銘

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用非常廣泛。對WPF框架的技術(shù)優(yōu)勢進行了研究和探討，設(shè)計了一種基于WPF的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)對環(huán)境信息進行實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲。各傳感數(shù)據(jù)通過ZigBee方式進行無線傳輸，再由串口服務(wù)器、路由器等上傳PC端。PC端使用WPF技術(shù)實現(xiàn)表現(xiàn)層開發(fā)，繪制實時的動態(tài)曲線圖，還可控制風扇、攝像頭和LED屏等設(shè)備。使用WPF技術(shù)提高了界面的渲染效果和系統(tǒng)的開發(fā)效率。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)境監(jiān)測；WPF

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）17-0287-02

國務(wù)院在《“十三五”國家信息化規(guī)劃》中有20處提到“物聯(lián)網(wǎng)”，其中在“應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行動”方案中，明確指出物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的具體行動指南。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)空間從人人互聯(lián)演化到萬物互聯(lián)，并且將現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的日益融合。專家預(yù)計到2020年，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將是信息產(chǎn)業(yè)的30倍，產(chǎn)值將達到1萬億元[1]。

近幾年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智慧城市、智能交通、智能家居、智能物流和環(huán)境監(jiān)測等的應(yīng)用非常廣泛，物聯(lián)網(wǎng)正在悄然改變我們的生活，使人們的生活更加便捷和舒適[2]。

1 WPF的技術(shù)優(yōu)勢

WPF是Windows Presentation Foundation的簡稱，是微軟推出的基于Windows 的用戶界面框架，運行在.NET Framework 3.0及以上版本。WPF提供了統(tǒng)一的編程模型、語言和框架，真正做到了將界面設(shè)計與開發(fā)的工作分離。同時WPF還提供了多媒體交互用戶圖形界面，基于DirectX技術(shù)的WPF不僅帶來了全新的3D界面，而且也大大改進了2D界面。開發(fā)人員在WPF的幫助下，可以開發(fā)出媲美Mac程序的界面。

微軟公司在引入WPF的同時，還創(chuàng)造了一種新的開發(fā)語言XAML（eXtensible Application Markup Language）。XMAL是WPF技術(shù)中專門用于設(shè)計UI的語言，實現(xiàn)了UI代碼和應(yīng)用程序邏輯代碼的分離[3]。WPF借助XAML，而不是編程語言來構(gòu)建精美的用戶界面。

傳統(tǒng)的WinForm應(yīng)用程序依靠User32庫和GDI/GDI+對控件、圖像和文本進行渲染。而WPF以DirectX技術(shù)為基礎(chǔ)，提供了豐富的UI框架，集成了矢量圖形，為2D和3D圖形提供了更好地渲染效果[4]。

2 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

基于WPF的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，主要實現(xiàn)安防監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測以及數(shù)據(jù)存儲功能。安防監(jiān)測感應(yīng)人體接近、火焰、可燃氣體等危險情況，并連接LED顯示屏和攝像頭；環(huán)境監(jiān)測感應(yīng)溫度、濕度、光照度等環(huán)境傳感數(shù)據(jù)，并繪制動態(tài)曲線圖；數(shù)據(jù)存儲功能將溫度、濕度、光照度、攝像頭等相關(guān)數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)庫或本地文件。

2.1 總體設(shè)計

系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2012 + SQL Server 2008R2，運行環(huán)境為.Net Framework 4.5和IIS7.0，編程語言為C#，使用WPF框架編寫系統(tǒng)的表現(xiàn)層。

物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1所示。本設(shè)計方案主要實現(xiàn)無線監(jiān)測環(huán)境，主要監(jiān)測溫度、濕度、可燃氣體、一氧化碳、火焰、光照等，采集后的數(shù)據(jù)通過ZigBee的方式進行無線傳輸，再通過串口服務(wù)器和路由器，將數(shù)據(jù)上傳至PC上位機中，完成環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測。PC上位機可以控制風扇、攝像頭和LED顯示屏等設(shè)備。PC服務(wù)器端將相關(guān)的傳感數(shù)值存儲至數(shù)據(jù)庫，也可存儲攝像頭的圖片和視頻文件。PC客戶端通過IIS中的Web服務(wù)獲取相應(yīng)的傳感數(shù)值。

ZigBee具有低功耗、低成本、自組織等優(yōu)點，符合環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的要求[5]。ZigBee技術(shù)為環(huán)境監(jiān)測提供一個新的平臺，系統(tǒng)能夠采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.2 繪制動態(tài)曲線圖

物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中需要繪制溫濕度的動態(tài)曲線圖，WinForm中提供了Chart圖表控件繪制曲線，WPF中使用DynamicDataDisplay庫繪制動態(tài)曲線，但基于DirectX技術(shù)的WPF可提供更好地渲染效果，所以系統(tǒng)采用WPF技術(shù)。

通過ObservableDataSource temperature動態(tài)存儲溫度坐標點，通過 ObservableDataSource humidity動態(tài)存儲濕度坐標點。AddLineGraph方法將坐標點繪制到圖表中，溫度曲線顏色是紅色，濕度曲線顏色是綠色，粗細設(shè)置為2。最后將時間和溫度值構(gòu)造成溫度坐標點（Point），并通過AppendAsync方法異步方式存儲在temperature溫度數(shù)據(jù)源中。將時間和濕度值構(gòu)造成濕度坐標點（Point），并通過AppendAsync方法異步方式存儲在humidity濕度數(shù)據(jù)源中。運行效果如圖2所示。

3 結(jié)語

基于WPF的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對環(huán)境傳感數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲。本設(shè)計方案實現(xiàn)了無線監(jiān)測溫度、濕度和火焰等環(huán)境信息，進行ZigBee無線傳輸，再通過串口服務(wù)器和路由器等傳輸至PC上位機端。PC端采用WPF技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的表現(xiàn)層開發(fā)，提高了開發(fā)效率和界面渲染效果。另外本設(shè)計還可以應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)的其它應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻：

[1] 張耀珍，周婷.中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展研究[J].江蘇商論，2017（9）：52-53，56.

[2] 王昊.基于工控機平臺智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].山東大學，2016.

[3] 石怡.WPF使用XAML實現(xiàn)對SQL Server數(shù)據(jù)綁定的方法[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2011（10）：70-71，74.

[4] 鄒海，余昳超.基于WPF技術(shù)的甘特圖控件的研究與設(shè)計[J].計算機應(yīng)用與軟件，2014（5）：50-52，78.

[5] 趙子健.基于ZigBee的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].微處理機，2017（4）：91-95.