具有學習能力的未來家居設計方法探究

摘 要：智能家居的概念上世紀就已經提出，早期智能家居不具備學習能力，人工智能的發展使得機器學習成為可能，結合人工智能技術的智能家居具備自我學習等功能，通過收集、分析家居主人行為數據為主人提供個性化生活服務。

關鍵詞：智能家居；人工智能；物聯網

1.前言

現代社會，隨著科技發展，越來越多智能化產品的出現使得人們能夠從一些瑣事中解放出來，而家居智能化更進一步解放了人們的雙手。想象一下，每次回家，室內環境溫度已經調好；洗澡的時候，浴缸提前已經將水預熱；出門忘帶鑰匙，門禁系統對主人的多項身份數據識別檢測后，自動為主人開門······智能家居就像是你私人定制的高級管家為你提前打理一切。

智能家居概念的起源甚早，但一直未有具體的建筑案例出現，直到1984年美國聯合科技公司將建筑設備信息化、整合化概念應用于美國康乃迪克州哈特佛市的City Place Building時，才出現了首棟的智能型建筑。早期的智能家居僅停留于在線檢測階段，比如通過預約功能鍵提前開關電飯煲、洗衣機、空調等，它除了簡單的控制外無法對主人的行為進行預測，也不能對主人的生活習慣進行學習，這樣的“智能家居”還遠未達到真正“智能”的階段，要使得智能家居具有學習能力，對家里主人的生活習慣進行預測，人工智能的發展為智能家居的學習提供了可能。基于人工智能學習能力構建的未來家居才是真正的智能家居，它相對傳統的智能家居也更加節能環保、低碳高效。

2.未來“智能家”生活構想

寒冷的冬天，累了一天，主人迷迷糊糊的走到家門口，不用費勁周折翻找鑰匙，伴隨一聲親切的問候“歡迎回家”，智能防盜系統已根據主人的面貌、體重、聲音等身體特征自動開門，房間里空調已打開，脫下外套走進客廳，虛擬全景觸摸屏電視已播放主人最愛的電視節目；走進浴室，發現浴缸里的水已經加熱到合適的溫度；移步臥室，“智能家”系統根據主人的身體疲勞狀態，房間里的顯示屏會顯示推薦入睡時間，并對主人身體的健康狀態進行提醒；入睡后根據身體疲勞狀態調整床的彈簧布局，保證入睡時的舒適度。當清晨臨近起床時間時，智能床會在主人“淺睡眠”時間段喚醒主人；臥室音響設備自動播放主人愛聽的“起床曲”，相應的照明設備也會隨著主人進入梳洗時自動亮起，梳妝臺的透明鏡子上顯示主人此刻的體溫和一些健康數據，還有今天的天氣預報，鏡面上的攝像頭和相關傳感器對主人的皮膚進行分析后，在一旁顯示出主人合適的皮膚保養方案，手指觸摸點擊，還能進行化妝預覽【1】；廚房的煮咖啡器自動煮水，等主人出來時就會有熱騰騰的咖啡等著；當主人出門后，“智能家”系統會自動啟動安全保衛裝置。這一切好萊塢電影中的幻想情節在未來“智能家”生活中都有望實現。

3.設計方案的可行性探究

具有學習能力的未來“智能家”可以通過一個可穿戴設備作為數據核心節點，收集主人的相關信息，包括步數、心跳、體溫、位置、周邊環境溫濕度等等。當穿戴設備進入智能家居的檢測范圍后自動與中央處理器交換數據，從而對主人的生活習慣進行學習，了解主人什么時候起床、睡眠、洗澡、運動、及每天的活動路線，提前規劃“智能家”里各個終端設備的工作。同時穿戴設備也可以與主人的智能手機通信，主人外出時，手機APP通過互聯網將數據傳回家里的智能家居系統，實現對主人生活數據的隨時隨地更新和監控學習。例如主人今天下午參加了公司的一場籃球賽，根據主人最近的運動統計，運動量較平時增加，極有可能會產生肌肉酸痛，而較高溫度的薰衣草精油泡澡可以緩解肌肉酸痛，于是“智能家”的浴缸提前加熱的洗澡水會比平常稍高幾度，并把平常主人愛用的保濕蘆薈精油換成薰衣草。

4.系統的設計方法探究

“智能家”整個系統需要一個運算速度足夠快的核心處理器，才能完成對實時采集到的大量數據進行處理、分析、學習，建立主人行為習慣的模型，以便實時快速的控制智能家居的工作模式。

各傳感器采用搭載了ZigBee物聯網模塊的無線通訊傳感器【2】，可以通過網絡協議相互通信進行組網，也可以單獨作為一個網絡中的數據節點。既可以把數據單獨發給中央處理器，也可以通過附近的網絡節點依次傳輸過去，能有效避免復雜的家庭環境造成的信號衰減，還能降低布置數據傳輸線路的成本，每個搭載了ZigBee物聯網模塊的傳感器構成的節點不分主從，不會因為一個節點損壞影而影響到整個系統的運行。

“智能家”所需外圍硬件可以通過ZigBee物聯網模塊與中央處理器傳輸數據，中央處理器事先通過對傳感器和穿戴設備采集到的大量數據，分析、學習、建立主人的生活行為習慣模型后，進行實時預測，調用外圍硬件做出反應，例如前面構想設計的可以作為鏡子的特殊顯示屏、控制門開關的電機等等都是外圍硬件，外圍硬件與物聯網傳感器結合構成一個模塊，可以隨時替換或拓展升級，不會影響整個系統的運行。

5.結束語

結合人工智能技術的智能家居通過收集、分析家居主人行為數據，為主人提供個性化生活服務，相比傳統智能家居，能打造出更加智能、環保、舒適、節能的家居環境。

參考文獻

[1]葉美靈.場景深度融合將成為人工智能新引擎 [J] 通信企業管理，2017（08）.

[2]徐振福.ZigBee技術在智能家居系統中的應用研究Zigbee Technology in the Application of Smart Home [J] 中國科學院大學（工程管理與信息技術學院），2015（04）.

[3]苗少卿.基于云服務的智能家居系統的研究與實現Research and Implementation of Smart Home System Based on Cloud Services.[J] 南京航空航天大學，2016（03）.

作者簡介

張逸文（2000.8-），男，湖南人，漢族，對物聯網生物技術方面學習興趣濃厚，具有較強的實踐動手能力。

（作者單位：湖南廣益實驗中學）