智能家居系統(tǒng)中環(huán)境交互設(shè)計(jì)研究

劉福運(yùn)

摘 要：智能家居強(qiáng)調(diào)人的主觀能動(dòng)性，要求重視人與智能家居的交互、人與居住環(huán)境的協(xié)調(diào)，能夠隨心所欲地控制室內(nèi)居住環(huán)境。它不僅提供了全方位的信息交換功能，還優(yōu)化了人們的生活方式和居住環(huán)境，幫助人們有效地安排時(shí)間、節(jié)約各種能源、控制各種家電。

關(guān)鍵詞：智能家居;系統(tǒng);環(huán)境交互設(shè)計(jì)

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著信息、網(wǎng)絡(luò)、微電子和自動(dòng)控制技術(shù)在建筑中的應(yīng)用，作為家庭載體的住宅對(duì)智能化的要求也呈現(xiàn)出多樣性。1994年美國(guó)聯(lián)合國(guó)科技公司將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國(guó)康乃狄克州哈特佛市的City Place Building，標(biāo)志著首棟“智能型建筑”的誕生，拉開了全世界爭(zhēng)相建造智能家居的序幕。智能家居在國(guó)外常用“Smart Home”表示，此外還有家庭自動(dòng)化、電子家庭、數(shù)字家園、家庭網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)家居、智能家庭/建筑等稱呼，在我國(guó)的香港和臺(tái)灣等地區(qū)，還有數(shù)碼家庭、數(shù)碼家居等稱呼。

1 智能家居系統(tǒng)內(nèi)涵

智能家居以住宅為平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、綜合布線技術(shù)、智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、安全防范技術(shù)、音頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事物管理系統(tǒng)，集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體，提升家居安全性、高效性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的健康居住環(huán)境。

智能家居系統(tǒng)是多功能的系統(tǒng)集成。和普通的住宅相比，智能家居系統(tǒng)一般有以下特征：

家庭中具備完善的、綜合的安保防災(zāi)系統(tǒng)和生活服務(wù)系統(tǒng);家庭與小區(qū)及社會(huì)具有高度的多媒體信息交互能力;家庭內(nèi)部具備全面的設(shè)施監(jiān)控管理系統(tǒng)和信息化服務(wù)管理系統(tǒng)。

智能家居的重要功能是安防及為住戶提供溫馨舒適的現(xiàn)代生活。智能家居能實(shí)現(xiàn)的功能和提供的服務(wù)包括：（1）始終在線的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：與互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)相連，為在家辦公提供便利條件。（2）安全防范：智能安防可以實(shí)時(shí)監(jiān)控非法闖入、火災(zāi)、煤氣泄漏、緊急呼救的發(fā)生。（3）家庭智能控制和遠(yuǎn)程控制：對(duì)燈光照明進(jìn)行場(chǎng)景設(shè)置和遠(yuǎn)程控制，電器的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制等。（4）交互式智能控制：可以通過語音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家電的聲控功能;通過各種主動(dòng)式傳感器（如溫度、聲音、動(dòng)作等）實(shí)現(xiàn)智能家居的主動(dòng)性動(dòng)作相應(yīng)。（5）環(huán)境自動(dòng)控制：如家庭中央空調(diào)系統(tǒng)的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。（6）提供全方位家庭娛樂：如家庭影院系統(tǒng)和家庭中央背景音樂系統(tǒng)。（7）現(xiàn)代化的廚衛(wèi)環(huán)境：主要指整體廚房和整體衛(wèi)浴。（8）家庭信息服務(wù)：管理家庭信息及與小區(qū)物業(yè)管理公司的聯(lián)系。（9）家庭理財(cái)服務(wù)：通過網(wǎng)絡(luò)完成理財(cái)和消費(fèi)服務(wù)。（10）自動(dòng)維護(hù)功能：智能信息家電可以通過服務(wù)器直接從制造商服務(wù)網(wǎng)站上自動(dòng)下載、更新驅(qū)動(dòng)程序和診斷程序，實(shí)現(xiàn)智能化的故障自珍斷和新功能自動(dòng)擴(kuò)展。

2 智能家居系統(tǒng)中的“人”

智能家居設(shè)計(jì)原則是“以人為本”，即在智能化的設(shè)計(jì)過程中，始終從使用者的角度出發(fā)，做到系統(tǒng)功能滿足要求、系統(tǒng)穩(wěn)定以及操作符合戶外習(xí)慣等。設(shè)計(jì)師需要深入研究使用者的生理特點(diǎn)和心理需求，充分考慮他們的生活習(xí)慣，為可能出現(xiàn)的緊急情況做好準(zhǔn)備，重視每一個(gè)細(xì)節(jié)的精細(xì)化設(shè)計(jì)。

2.1 從視覺角度分析

在整個(gè)智能家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，視覺設(shè)計(jì)與交互設(shè)計(jì)的工序兩者之間的關(guān)系也是相輔相成，互相影響。視覺界面作為最直接的與用戶交流的層面，如何把交互設(shè)計(jì)以它良好的表現(xiàn)形態(tài)展現(xiàn)給用戶，主要集中在如何用視覺設(shè)計(jì)來提升交互的可用性方面。因?yàn)榱己玫囊曈X設(shè)計(jì)，能增強(qiáng)信息條理的清晰度。這里的清晰度有兩個(gè)方面的含義：清晰的視覺引導(dǎo)，和視覺引導(dǎo)元素本身的準(zhǔn)確性。

視覺設(shè)計(jì)能用色彩和層次等語言，自然又清晰的羅列出一條視覺的路線，引導(dǎo)用戶流暢閱讀，而不用自己費(fèi)力的去疏理，或者在信息的忙海中尋找未知的方向。這條指引的路線，我們稱之為“視覺流”。有了清晰的視覺引導(dǎo)還不夠，這些視覺引導(dǎo)元素本身需遵循一定的規(guī)范，和富有準(zhǔn)確的語義，才能起到有效的引導(dǎo)作用。

2.2 從聽覺角度分析

研究表明，聽覺通道存在著許多優(yōu)越性。如，聽覺信號(hào)的檢測(cè)速度快于視覺信號(hào)的檢測(cè)速度;人類對(duì)聲音隨時(shí)間的變化極其敏感;聽覺信息與視覺信息可以同時(shí)提供可使人獲得更為強(qiáng)烈的存在感和真實(shí)感等。因此，聽覺通道是人與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等信息設(shè)備進(jìn)行交互的最重要的信息通道。

聽覺交互中的語音交互就是研究人們?nèi)绾瓮ㄟ^語音同計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互的技術(shù)。它涉及多學(xué)科的交叉，如語言學(xué)，人機(jī)工學(xué)，心理學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等。語音交互不僅要對(duì)語音識(shí)別和語音合成技術(shù)研究，還要對(duì)人在語音通道下的交互機(jī)理，行為方式等進(jìn)行深入的研究。語音識(shí)別和語音合成相結(jié)合，即構(gòu)成了一個(gè)“人機(jī)通信系統(tǒng)”。語音交互系統(tǒng)一般采取兩種途徑：一種是用基于語音識(shí)別和理解技術(shù)的，主要依靠音頻進(jìn)行交互的系統(tǒng);另一種是利用語音技術(shù)與系統(tǒng)的其他交互方式結(jié)合在一起來進(jìn)行交互的系統(tǒng)。在這種方式中語音不再占主導(dǎo)地位，它只是交互系統(tǒng)的一部分。

2.3 從觸覺角度分析

觸覺交互也就是行為交互中的一種。人們?cè)谙嗷ソ涣鬟^程中，除使用語音交互外，還常常通過身體的動(dòng)作和姿態(tài)來表達(dá)意思，這就是人體行為交互。人體行為交互的方法不僅能夠加強(qiáng)語言表達(dá)能力，還能起到語音交互所不能起到的作用。計(jì)算機(jī)通過用戶的行為能夠預(yù)測(cè)用戶想要做什么來滿足客戶的需求等。

3 智能家居系統(tǒng)中環(huán)境交互設(shè)計(jì)研究

3.1 無線控制

無線射頻技術(shù)，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的射頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電和燈光的控制，安裝設(shè)置都比較方便，主要應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)某些特定電器或燈光的控制，但系統(tǒng)功能比較弱，控制方式比較單一，且易受周圍無線設(shè)備環(huán)境及阻礙物干擾，適用于新裝修用戶和已裝修用戶。

ZigBee是最近發(fā)展起來的一種短距離無線通信技術(shù)，具有近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本、安全等優(yōu)點(diǎn)，特別適合設(shè)計(jì)應(yīng)用在小型的建筑物自動(dòng)化設(shè)備中，比如溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、燈光控制設(shè)備、環(huán)境傳感器等，因此適用于家庭控制。基于ZigBee技術(shù)的智能家居采用以單戶家庭為單元的通信控制模式，在每一個(gè)家庭中都安裝一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)（負(fù)責(zé)用戶控制信號(hào)及家電反饋信息的接收和轉(zhuǎn)發(fā)），及若干個(gè)與家電設(shè)備相連的分控終端（控制該家庭的所有電器），家庭網(wǎng)關(guān)和分控裝置由家庭總線相連，家庭總線采用ZigBee無線通信方式。此裝置便于家庭獨(dú)自管理，安全性、可靠性高。ZigBee技術(shù)彌補(bǔ)了低成本、低功耗和低速率無線通信市場(chǎng)的空缺，在智能家居系統(tǒng)中，將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)已成為勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。可以預(yù)見，隨著越來越多內(nèi)置ZigBee功能的設(shè)備投入市場(chǎng)，將能構(gòu)建更舒適、更方便、更安全、更環(huán)保的智能家居。

3.2 燈光效果

智能家居系統(tǒng)中燈光效果設(shè)計(jì)，屬于照明系統(tǒng)管理模塊。它是傳統(tǒng)智能家居控制系統(tǒng)的必備子系統(tǒng)，照明系統(tǒng)功能主要包括：（1）用戶可以直接通過網(wǎng)頁或者家庭網(wǎng)關(guān)的圖形用戶界面來控制電燈的開關(guān);（2）將熱釋紅外模式與電燈相互聯(lián)系依賴，當(dāng)熱釋紅外傳感器檢測(cè)到有人通過時(shí)，控制燈亮，延時(shí)30妙后自動(dòng)熄滅;（3）將光敏傳感模塊與光照強(qiáng)度低于閾值電燈自動(dòng)點(diǎn)亮，光照強(qiáng)度大于閾值時(shí)電燈自動(dòng)熄滅。此外，還應(yīng)對(duì)照明系統(tǒng)管理功能模塊進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)。比如，用戶可以自由選擇是否開啟上述兩項(xiàng)關(guān)聯(lián)的功能。若是晚上睡覺時(shí)，不想讓電燈隨光照強(qiáng)度變化，就將光敏與電燈的關(guān)聯(lián)關(guān)閉。當(dāng)白天光照強(qiáng)度足夠大，不需要在有人走過時(shí)電燈點(diǎn)亮?xí)r，就可以將熱釋紅外與電燈的關(guān)聯(lián)關(guān)閉。

3.3 音響烘托

智能家居系統(tǒng)中的音響烘托是指將傳統(tǒng)的音響延伸到家中的每個(gè)房間及每一個(gè)角落。在陽臺(tái)澆花時(shí)可以欣賞悠揚(yáng)的音樂，清早漱洗時(shí)可以聽到電臺(tái)的新聞，甚至在廚房也可以聽到現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播。系統(tǒng)可接播家中現(xiàn)有的電視、廣播、VCD、DVD及音響系統(tǒng)提供的聲源;每個(gè)房間的音響可以單獨(dú)開關(guān)和調(diào)音量，無需考慮功率匹配。利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)智能家居控制手段，如遙控器，集中控制器、網(wǎng)絡(luò)開關(guān)等方式對(duì)音箱進(jìn)行開、關(guān)、調(diào)音量、全開全關(guān)、部分開關(guān)，也可以配合照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、窗簾等進(jìn)行復(fù)雜的場(chǎng)景設(shè)置。

3.4 多通道并進(jìn)

智能家居系統(tǒng)中環(huán)境交互設(shè)計(jì)研究必須要多通道并進(jìn)，才能設(shè)計(jì)出滿足人們需求的住宅環(huán)境。智能家居系統(tǒng)主要包含家居布線、家庭網(wǎng)絡(luò)、智能家居（中央）控制管理、家居照明控制、家庭安防、背景音樂、家庭影院與多媒體、家庭環(huán)境控制等八大子系統(tǒng)。其中，智能家居（中央）控制管理、家居照明控制、家庭安防子系統(tǒng)為必備系統(tǒng)，其他子系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需求作為可選項(xiàng)。只有完整地安裝了所有的必備系統(tǒng)，并且至少選裝了一種及以上可選系統(tǒng)才能被認(rèn)定為智能家居。

智能家居控制功能：遙控功能、感應(yīng)延時(shí)開關(guān)、網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的網(wǎng)絡(luò)功能、網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的本地控制功能、電話遠(yuǎn)程控制功能、網(wǎng)絡(luò)型空調(diào)及紅外線控制、網(wǎng)絡(luò)型窗簾控制器、可編程定時(shí)控制、多功能遙控器、無線感應(yīng)探頭、全宅音響系統(tǒng)、擴(kuò)展和升級(jí)。

4 結(jié)語

智能家居，它是一個(gè)把網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)合在一起的網(wǎng)絡(luò)智能化的家居系統(tǒng);它是一個(gè)集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。它可以通過網(wǎng)絡(luò)把住宅中的各種設(shè)備連接在一起，如空調(diào)、冰箱、照明系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等。與普通家居相比，由原來的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智能的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通。通過智能家居系統(tǒng)，人們可以更方便、更快捷地使用和控制家用設(shè)備;可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)，還可以控制各種設(shè)備的通信，不需要人們指揮就可以互動(dòng)運(yùn)行，從而給人們帶來高效、安全、舒適的生活體驗(yàn)。隨著信息、網(wǎng)絡(luò)、微電子和自動(dòng)控制技術(shù)在建筑中的應(yīng)用，作為家庭載體的住宅對(duì)智能化的要求也呈現(xiàn)出多樣性，包括高度安全性的要求（防火、防盜、防爆、防泄漏等），舒適的居住環(huán)境，先進(jìn)的通訊設(shè)施，完備的信息處理終端設(shè)備，家用電器與設(shè)備的自動(dòng)化和智能化，資源使用及支付方式的網(wǎng)絡(luò)化，家庭工作模式（SOHO）的需求等等，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境智能化的必然趨勢(shì)。

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