以Arduino平臺為基礎的智能硬件設計探討

昝道廣 梁肖裕 劉忠青 徐西彤 李晨輝 山東科技大學電氣信息系

隨著科技的不斷進步，更多的技術人員將目光轉向了智能硬件產品，并將其運用到生活中的各個領域。因此我們有必要以智能硬件為研究對象，探討在以Arduino平臺為基礎的智能硬件設計的過程中存在的技術問題以及應對方法，以求智能硬件設計工作更好地開展。

1.智能硬件的相關概念解讀

1.1 智能硬件的概念模型

智能硬件模型與我們所說的傳統意義上的工業產品最主要的區別在于是否能夠自主并且智能地完成人類所需完成的工作任務。傳統的工業產品雖然能夠依照人類的需求出色的完成各種工作，但是畢竟其還是人類使用的工具，在行動上依舊是被動的地位，需要人工來發號施令，它們在其中只扮演一個操作者。而我們現在所說的智能硬件就改變了這一局面，通過計算機和傳感等技術的綜合應用，智能硬件產品已經可以做到和人類進行系統的交流，并且能夠根據需要自己來安排各項工作，減輕工作人員的負擔。

1.2 智能硬件的交互方式

在以往的屏幕操作當中，計算機雖然能夠通過程序員的指令來準確的完成工作任務，實現計算機與人的互動，但是人們卻也只能通過屏幕和計算機進行溝通，我們需要的是一種非屏幕媒介，真正的讓操作更智能。于是智能硬件便應運而生，智能硬件的一大特點是軟件與硬件相輔相成，通過軟件來控制硬件，真正達到智能的效果，根據用戶的不同操作習慣和需求，智能硬件也可以自由的轉化，從根本上滿足人類的需要，實現人機的智能互動。

2.Arduino平臺相關概念解讀

2.1 Arduino的平臺構成

Arduino是一個開放源代碼的單芯片微電腦，它包括一個硬件平臺和一個開發工具，而這種開發工具中有方便程序員調用的類庫，程序員只需要在這種類庫中尋找并且編寫合適的程序代碼，并將其上傳到Arduino電路板中，程序就可以執行所需的操作，完成工作任務。

2.2 Arduino的平臺特點

2.2.1 節約成本

開發一種新的產品，往往需要投入更多的人力和物力，但是Arduino平臺的建成卻真正實現了物美價廉。不僅僅是它所需的設備價格更加低廉，Arduino平臺的各種控制器和傳感器的接口都已經實現了標準化，因此開發者可以選擇不同價位的產品來與之配合，有更多選擇的可能。

2.2.2 編程方式簡單易行

Arduino平臺相對來說操作起來簡單易行，原理也并不復雜，所以有更多不同領域的設計者開始學習并運用Arduino平臺，這不再是電子工程師或者編程人員的專利，一些美術設計者和DIY愛好者都從這一平臺中受益，越來越多的人愿意去嘗試這一技術。

2.2.3 開源的軟件和硬件

Arduino平臺的硬件原理圖、電路圖及其軟件和類庫文件都是經過開源的，所以在此范圍內，設計者可以根據設計的需求任意尋找和修改相應的程序及代碼，操作起來更加方便快捷。不僅如此，Arduino平臺被開發出來以后，受到了很多設計者的支持和青睞，所以越來越多的開發者不斷地為類庫做著補充，開源之后的資源也就越來越多。

3.智能硬件的交互特征與設計原則

3.1 交互特征

智能產品之所以智能是因為它能夠連接互聯網實現遠程控制。以智能家電為例，如果家里的電視、冰箱等需要進行遠程操控，就必須集成網絡模塊，通過衛星或互聯網與終端進行連接，這樣客戶就可以通過移動終端來對家中的電氣設備進行遠程操控，調整工作狀態。

傳統的智能家電確實如此，但是我們依然看到了這一操作的弊端，也就是必須需要人工來調整，還不能實現完全的智能，那么智能硬件產品的誕生，就解決了這一問題，它能夠根據環境的變化，調節自身的功能輸出。通過傳感器收集外界環境和自身需求的變化數據，然后將這些數據傳入微型電腦后，對相應的設備進行操作。但是即使是這樣的智能操作，前提也是由設計師將可能出現的數據提前輸入到產品當中去的，然而在實際生活當中，不同的用戶所使用家電的實際情況也不盡相同，這也就使得智能家電并不能滿足每一個客戶的需要。因此未來智能硬件的設計目標和重點要放在數據的處理上，將產品感應端收集到的數據通過服務器進行處理，為用戶提供最佳的解決方案。

3.2 設計原則

3.2.1 可靠性

智能硬件產品被公眾所信賴的前提是它具有可靠性，所以智能硬件產品要努力避免發生故障。在設計的過程中，由于智能硬件集成了機械結構和傳感器模塊，因此在其內部往往會發生矛盾，如果解決不到位，很有可能使得產品出現一系列的故障。

3.2.2 效率性

我們設計智能產品的初衷就是要提高產品的工作效率，方便我們的工作和生活。如果不能夠滿足工作的效率性，那么也就沒有了智能硬件產品最重要的價值，再高端的設計也只能是形同虛設。

3.2.3 容錯性

剛開始接觸智能硬件產品時，用戶在操作上不可避免的會出現一些錯誤，如果一旦出現錯誤就導致產品的故障，那么就會讓客戶產生抵觸心理。因此提高產品的容錯性是十分必要的，這會鼓勵用戶不斷的嘗試和學習產品，最終接受產品。

4.結語

人們生活水平的不斷提高，推動著智能產品的更新換代。Arduino平臺作為智能硬件設計開發的重要平臺，為智能硬件產品的開發提供了有力的支持，技術工作者要在智能硬件產品的研發過程中不斷學習和改進，以求滿足更加廣泛的需求。