智能產品開發技術現狀綜述

馬振峰

【摘 要】隨著物聯網、工業大數據、增材制造、增強現實等新興技術不斷的涌現，智能產品的開發技術也不斷迭代更新。通過閱讀智能產品相關的期刊論文、碩博論文和已授權的專利，本文從智能家居系統、智能穿戴產品、無線通信協議、智能算法與大數據五個方面，論述了在這五個領域內的開發技術，分析了現階段智能產品開發技術的發展特點及發展趨勢。

【關鍵詞】智能產品；物聯網；通信協議；智能算法；大數據

一、智能產品開發技術現狀

通過物聯網平臺，將大數據、傳感器、傳統設備、通信模塊連接成一個具有反饋功能的系統，進而讓其擁有智能化。當下智能產品應用于交通、智能產品應用于老齡人群、智能產品應用于工業、智能產品應用于教育。智能制造技術是在現代傳感器、網絡技術、自動化技術以及人工智能的基礎上，通過感知、人機交互、決策、執行和反饋，實現產品設計過程、制造過程和企業管理及服務的智能化，是信息技術與制造技術的深度融合與集成，安全，高效。

（一）智能家居系統的開發

現階段的開發技術主要是基于ZigBee、Arduino等物聯網平臺，運用不同的傳感器裝置，進行信號的輸送，可測量當前天氣、空氣質量、室內溫濕度及室內采光情況、火情以及漏水漏電等情況，同時可實現空調、門窗及門鎖安全可靠的遠程操作。利用Arduino物聯網平臺的便利性和 Yeelnik數據云平臺的免費性可設計了低成本的家居系統；徐振華[1]利用 ZigBee無線傳輸的低功耗特性控制數據傳輸系統功耗。利用W5100芯片設計了網絡模塊，實現了與互聯網安全可靠的數據通信，增加了網絡可靠性。再如，李劍[2]開發了一種空氣調節系統，其特征在于：包括數據處理模塊以及與數據處理模塊相連的空氣質量檢測模塊、語音提示模塊、語音控制模塊、語音識別模塊、空氣調節控制模塊；在實現空氣調節的同時減少降低成本，不僅能夠與家庭服務機器人相結合，而且能夠進行智能化空氣調節，充分滿足了人們的日常生活。

（二）智能穿戴產品的開發

現階段的相關產品主要有智能手環、智能耳機、智能運動鞋。首先利用各種傳感器采集信號，將收集到的數據存到芯片，利用藍牙、局域網等通信協議進行交互。趙文苓基于藍牙4.0BLE芯片NRF51822、心率傳感器，心率算法及RSSI測距技術，開發了一款可穿戴心率監測及防丟系統。為提升產品的人性化設計，采用移動互聯網視角下的智能產品服務設計，基于智能產品在特定情景下的感知與反饋，通過系統化的規劃和表達，對用戶的真實需求做出反應。借助靈活多變和深度適用的干預手段，完善功能實現和場景構建，為某一領域內的問題現象提供最優化的解決方案。但是，當下市場上老年人開發的智能產品逐漸增多，產品的可用性卻并不高，通過感性工學的角度來研究與評估產品可用性，幫助研發和設計人員了解鏟平可用性的現狀與改進方向，為提升產品質量提供指導，從而研制出更加適合老年人使用的智能產品。

（三）智能產品的通信協議

智能產品是一個多行業交叉的技術領域，很多設備廠商按照不同的接口標準與協議生產設備，傳輸協議有Z-Wave、Zig Bee、Bluetooth、All Seen、Blooth Mesh、Weave/Thread、Open Io T、Hi Link等十多種。不同的智能家電產品使用的無線協議不同等現狀導致智能家電產品連入物聯網時無法實現“互聯互通”，形成行業孤島。智能家居領域面臨的挑戰包括標準與協議的問題。目前市面上廣泛應用的智能家居無線協議技術主要有：ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi、紅外、PLC等。這些協議在各自的領域各有優勢， 并各占一方市場。Wi-Fi傳輸速率最快，PLC的傳輸距離最遠，但是由于受到傳輸速率低等因素的限制，近幾年它的應用并不廣泛。紅外雖然操作簡單，但是只能實現點對點的通信，不利于組網，使用也受到限制。ZigBee因為具有功耗極低等特點而被廣泛使用。Zig Bee功耗低至μW量級，約為5.6μW，若每天使用Zig Bee100次，功率消耗僅為4mJ/h，與Wi-Fi對比，若連續收發200mA，3V的功耗約為2kJ/h，Zig Bee的功耗只有Wi-Fi的十萬分之一。ZigBee的基礎功耗遠低于Wi-Fi跟Bluetooth，在智能家居的應用領域占有一定的優勢。雖然在短時間內無法將智能家電的通信協議統一， 但是，眾多學者和我都相信未來智能家居產業發展的趨勢是一個相互兼容的局面。

（四）智能算法與大數據

伴隨著互聯網、云計算的發展，智能產品的開發技術與大數據技術密不可分。產品的開發可根據自身發展狀況，對各個環節進行綜合考慮，并結合智能算法。相關算法主要有聚類分析、神經網絡、灰色預測等。通過對數據的收集，相關系統可預測天氣情況、人流量、車流量。譬如電子支付的安全問題層出不窮，將相關數據與智能算法結合可以找出欺詐的數據的賬戶，避免企業和個人的損失。譬如楊維俊[5]開發了一種信貸反欺詐識別系統，其特征在于：包括申請模塊、分析模塊、數據庫、決策模塊和反饋模塊，同時系統還具有安全管理設計。分析模塊包括閉環人工智能系統和大數據分析評分卡，并使用模糊匹配算法。針對不同地區、不同客戶及不同客戶業務場景，采用人工智能技術對反欺詐模型形成閉環處理，系統經過自身自適應學習而對防欺詐模型自動調優從而使得系統對申請防欺詐偵測達到最優狀態。通過對用戶大數據分析從而得到評分卡，該系統可以通過參數化配置將評分卡模型嵌入到申請反欺詐處理流程中，從而幫助調查人員做出判斷。譬如，在現有路況條件下，把人、車、路綜合起來考慮，利用傳感器檢測技術、圖像處理技術，檢測車輛行駛狀態，使個體交通行為更加合理，提高了交通管理部門的決策能力。同時優化信息傳輸系統，減少駕駛人員的操作失誤、提高交通運輸系統的運行效率和服務水平、增強交通系統的安全可靠性、降低交通帶來的環境污染等多方面問題。

二、智能產品開發特點及趨勢

（一）智能產品開發特點

智能產品的開發技術涉及到多學科，智能硬件缺乏統一標準，產品服務創新質量參差不齊，智能硬件產業規模繼續增長，智能硬件轉型重定位。

（二）智能產品開發趨勢

建立統一的多學科協同研發平臺；建立數字化樣機，實現仿真驅動創新；采用標準化、模塊化設計形成系列化產品開發能力；MBD/MBE設計信息與生產信息高度集成；進一步融合增材制造與拓撲優化技術的創新設計；應用虛擬現實與增強現實技術的設計評審；虛擬現實將進入普通消費市場，內容成主要掣肘。

【參考文獻】

[1]徐振華.基于ZigBee與Wi-Fi融合的智能家居系統研究與設計.中北大學.2018年.

[2]李劍.一種基于人工智能技術的空氣調節系統：中國專利，CN108679787A[P].2018-10-19.

[3]趙文苓.基于NRF51822的可穿戴心率監測及防丟系統設計.成都理工大學.2017年.

[4]孫晶晶；何曙；袁雅青.智能家電之無線協議探討.家電科技.2017年：27-29.

[5]楊維??；李翼嵐.一種信貸反欺詐識別系統：中國專利，CN108765135A[P].2018-11-06.