基于環(huán)境感知的智能家居用戶體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁明蘭 龍穎

摘?要：“互聯(lián)網(wǎng)+”的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了人類生活方式的轉(zhuǎn)變。如今，智能家居越來越多地滲透到人們的家庭環(huán)境中。面對(duì)智能的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，教師如何順應(yīng)此發(fā)展，如何將其恰好的引入課堂教學(xué)，智能家居實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為了引人深思的話題。本文分析了智能家居的背景與現(xiàn)狀，提出了智能家居教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的問題并給出了解決方案。通過對(duì)本文的分析，可以直觀地展示智能家居實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生有所收獲。

關(guān)鍵詞：感知;智能家居;實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

智能化的推進(jìn)激進(jìn)了人們對(duì)生活的向往，特別是在現(xiàn)行的新媒體環(huán)境下，智能化對(duì)高校的“課堂革命”也有了新的定位。

一、背景

伴隨信息技術(shù)的發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”的廣泛應(yīng)用，人們逐步改變傳統(tǒng)的生活方式，對(duì)生活質(zhì)量的要求也日益提高，其中包括對(duì)生活和生活條件的需求。對(duì)家庭智能化，舒適化和個(gè)性化追求使智能家居進(jìn)入人們的視野。隨著移動(dòng) 4G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展日趨成熟，無線網(wǎng)絡(luò)、有線寬帶進(jìn)入普通家庭，無線組網(wǎng)方式逐漸增多，如WiFi、藍(lán)牙、ZigBee 等。傳統(tǒng)家用電器已開始具備智能聯(lián)網(wǎng)控制功能。跟隨電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)的不斷融入家庭電子設(shè)備，家居設(shè)備越來越智能化。智能家居控制系統(tǒng)可以方便地控制家電設(shè)備以及家中的多媒體設(shè)備。通過布置傳感器和攝像設(shè)備對(duì)家居環(huán)境信息進(jìn)行采集，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)環(huán)境，例如對(duì)家里的溫度、濕度和采光進(jìn)行控制，以及對(duì)住宅的安全監(jiān)控。智能家居系統(tǒng)可以較好的幫助人們營造良好的生活環(huán)境，讓大家都能體驗(yàn)到更加輕松舒適的家居生活，因?yàn)橹悄芗揖酉到y(tǒng)讓生活變得更加便捷、安全、舒適。智能家居系統(tǒng)通過無線通信連接家中的信息相關(guān)設(shè)備，并集中管理與控制。與普通家庭居住環(huán)境相比，智能家居使生活環(huán)境更加和諧便捷，人們的生活質(zhì)量得到極大提高。

初期的智能家居研究主要依賴于算法、硬件和網(wǎng)絡(luò)，Jihua Ye（2012）等實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的中心控制器，它結(jié)合了智能家居與toddler和correlation算法，著重應(yīng)用了算法中的反饋機(jī)制。實(shí)驗(yàn)證明，中心控制器具有良好的性能，可以更好地區(qū)分用戶操作規(guī)則，總結(jié)不同操作之間的關(guān)系。R.A.Ramlee等（2012）提出了無線藍(lán)牙智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用專注于殘疾人士的應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，打破了常規(guī)的 Bluetooth 和 WIFI 組合。Rong Qiu（2013）等通過共享中央處理器的中央控制功能，使用射頻技術(shù)和智能傳感器構(gòu)建智能家居系統(tǒng)。YAN Wenbo（2015）等提出通過智能單元和家庭代理，使用 WIFI 模塊和 XMPP 語言構(gòu)建智能家居單元。Fei Ding（2016）等提出網(wǎng)關(guān)的高效集成，堆棧結(jié)構(gòu)提高了可擴(kuò)展性。發(fā)達(dá)國家的企業(yè)積累了大量先進(jìn)技術(shù)，許多成熟產(chǎn)品已推出，并得到了市場(chǎng)的認(rèn)可。Control4智能家居，提供完善的智能家居解決方案，可以通過單一的操作界面來控制家中的每個(gè)部分，包含全方位的功能，包括空調(diào)、電視、門鎖、窗簾、溫度控制和家庭影院等，這些功能可以在一個(gè)界面上完成。施耐德智能家居系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式，包括傳感器、執(zhí)行器和系統(tǒng)元件。“施耐德”智能家居系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，但采用多種控制方式，可以帶給人們便捷的家居控制。

但這些智能家居系統(tǒng)通常價(jià)格昂貴，普遍針對(duì)高消費(fèi)群體。在我國，盡管智能家居的概念推廣較晚，20世紀(jì)90年代末推出了家居智能化系統(tǒng)，許多國內(nèi)企業(yè)逐步加大對(duì)智能家居的投資力度，智能家居的發(fā)展取得初步成效，部分產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。如海爾，TCL，格力等，一些大型 IT 企業(yè)也開始布局智能家居市場(chǎng)，如 360，騰訊和小米等。全國科技工作會(huì)議（2017年）上指出：國家將大力扶持人工智能發(fā)展，將互聯(lián)網(wǎng)+以及人工智能等技術(shù)引入智能家居行業(yè)。

二、現(xiàn)狀

智能家居經(jīng)歷了家庭電子化、住宅自動(dòng)化階段和家居智能化等三個(gè)階段。現(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)基本處在第二階段到第三階段的過渡，市場(chǎng)上集成產(chǎn)品很多，但是沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同品牌的產(chǎn)品仍需要使用不同的控制終端，而且造價(jià)昂貴，不能大規(guī)模裝載在實(shí)訓(xùn)室環(huán)境中，供大批量的學(xué)生觀摩和學(xué)習(xí)。現(xiàn)有的智能家居實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本上結(jié)合了各種品牌的智能家電，形成了展示系統(tǒng)。該顯示系統(tǒng)不能用于常規(guī)教學(xué)，這對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)智能家居控制不便，這種缺乏有效控制和交互的系統(tǒng)也會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

三、擬解決的關(guān)鍵問題

目前，市場(chǎng)上的智能家居實(shí)驗(yàn)教學(xué)是將學(xué)生帶到實(shí)際的智能家居樣板間參觀學(xué)習(xí)，采用的學(xué)習(xí)方法仍然是原始的手動(dòng)控制說明。對(duì)于智能家居，沒有相應(yīng)的智能家居實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。智能家居組件的大多數(shù)開發(fā)都停留在簡(jiǎn)單的課件學(xué)習(xí)中，并且智能性不高，并且沒有或很少有用于交互協(xié)作的工具和環(huán)境。主要原因是教師和教學(xué)工具開發(fā)者未能深入研究教學(xué)活動(dòng)中可能遇到的新問題，探索新的教學(xué)模式，改革教學(xué)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)新形勢(shì)下的人才培養(yǎng)需求。因此，迫切需要設(shè)計(jì)和開發(fā)適合實(shí)驗(yàn)環(huán)境的智能家居系統(tǒng)，能夠根據(jù)模擬環(huán)境感知，實(shí)現(xiàn)智能家居中人體，光，溫，濕度，空氣等狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和處理，并能根據(jù)實(shí)際情況做出演示推廣和開發(fā)測(cè)試實(shí)驗(yàn)的需求。

四、結(jié)語

環(huán)境感知智能家居用戶體驗(yàn)系統(tǒng)主要是構(gòu)建智能家居顯示和控制教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)具有一定的可擴(kuò)展性，可以滿足一些開發(fā)和測(cè)試的實(shí)驗(yàn)需求。重點(diǎn)解決子系統(tǒng)構(gòu)建過程中的數(shù)據(jù)傳輸方法，以及如何將不同的終端數(shù)據(jù)集成到同一平臺(tái)，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換效率。

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