面向智慧生活的智能家居設計研究

北京理工大學設計與藝術學院，北京，100081

摘 要：城市空氣污染日益嚴重，這為家庭生態(tài)環(huán)境埋下了諸多健康隱患，因此人們越來越重視家庭生活的健康。另一方面，隨著智能技術的發(fā)展，智能家居開始融入人們的家庭生活。為了更好地解決家庭生態(tài)環(huán)境中存在的安全隱患問題，維護家人健康，本小組通過相關文獻研究、用戶調研、設計實踐與設計評估等方法，分析了智慧生活理念及發(fā)展、家庭生態(tài)系統(tǒng)、現(xiàn)有家庭智能家居產(chǎn)品及智能技術在家庭生活中的應用。研究內(nèi)容涉及到了家庭生態(tài)系統(tǒng)的組成及維護方法，和智能家居與人在操作、情感上的交流、交互新方式。研究結論總結出了一種控制家庭環(huán)境中溫度、濕度及空氣健康的可行性方法。該方法從理論上提出了一種促進更加友好、健康的家庭生活的設計理念，從實踐上維護了用戶在家庭的生態(tài)環(huán)境健康。

關鍵詞：智慧生活；智能家居；生態(tài)健康；可行性方法

1介紹

目前，城市大氣污染排放日益嚴重，它集中體現(xiàn)在霧霾污染和光化學煙霧污染。由于現(xiàn)代生活家居空間的密封性逐漸加強，各種新型材料的裝飾和家具大量應用，以及空調的廣泛應用，導致人們在家開窗通風時間減少，使得不良氣體在室內(nèi)蓄積，對家居環(huán)境安全構成巨大隱患。因此，人們希望在網(wǎng)絡信息技術的幫助下，通過智能家居來更高效的幫助人們進行生產(chǎn)生活，提供更便捷、健康、安全的生活體驗。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，智能家居已經(jīng)被大眾所廣泛接受。智能家居通過對家庭環(huán)境中溫度、濕度、空氣質量的監(jiān)測和數(shù)據(jù)記錄，作出智能化反應，維護家庭生態(tài)環(huán)境的健康，解決家庭空氣污染的同時，讓傳統(tǒng)的家居變成一個有感情、可交流的智能家居，讓人與家居變成一種人與智能化機器的交互來改變原有的生活模式。我們通過對相關文獻的查閱，分析了智慧生活與智能家居的理念及發(fā)展和現(xiàn)有家庭智能家居產(chǎn)品及智能技術在家庭生活中的應用；通過用戶調研、設計實踐與設計評估等方法，研究了現(xiàn)代家居生態(tài)環(huán)境的健康問題及維護方法。我們的設計目標旨在實現(xiàn)對家居生態(tài)環(huán)境的智能控制和節(jié)能控制，幫助人們構造舒適的生活環(huán)境，喚起人們對高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境的追求，促進人與環(huán)境的和諧相處。

2理論基礎

2.1智慧生活與智能家居

智慧生活是充分利用現(xiàn)有“物聯(lián)網(wǎng)”與“互聯(lián)網(wǎng)”技術，實現(xiàn)人類生活與物理環(huán)境的和諧，帶來一種新的智能生活方式。基于這一理念出現(xiàn)了新的智能化家居。智能家居是以家居住宅為基礎媒介，通過網(wǎng)絡技術、綜合布線技術、自動化控制技術、音頻視頻技術和計算機技術將家具設備等有關于生活工作的設施通過“物聯(lián)網(wǎng)”集成，實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)管、提供多功能整體式服務和全方位的信息交互渠道。智能家居控制系統(tǒng)提供了一種全新的、高效的生活方式。用戶可以在家中通過手機、電腦、電視及終端設備，達成信息共享，實時反饋給用戶信息。如提醒用戶購買水果、蔬菜或日用品等生活用品，快捷高效的處理日常家務。智能家居多方位、多角度的為家居生活創(chuàng)造更舒適的、更便捷的、更安全的、更健康的生活條件，并進一步打造出具備共同智能生活理念的家居“生態(tài)圈”。

2.2家居生態(tài)環(huán)境理論研究

家庭生態(tài)環(huán)境包括家庭環(huán)境內(nèi)的空氣、水、溫度等物理環(huán)境。生態(tài)家居旨在環(huán)保、人性化、個性化的基礎上，考慮人們生理與心理的健康因素，為客戶提供家居產(chǎn)品的設計與生產(chǎn)，來創(chuàng)造一個有利于居住，舒適健康的生活環(huán)境，同時又帶給人們心理上滿足、寧靜、愉悅的人文關懷，讓人們的生理層面和心理層面都感到自然和諧的適宜居住的生態(tài)環(huán)境。

智能家居產(chǎn)品可以真正的優(yōu)化現(xiàn)有的家居生態(tài)環(huán)境，節(jié)省生活成本：家中能源消耗設備可以自動關閉，減少電量無意義浪費；使用便捷：智能化系統(tǒng)提供遠距離遙控聯(lián)接，當用戶外出時，可以通過智能終端聯(lián)接互聯(lián)網(wǎng)來調整和控制智能家居設備；安全性高：家庭智能化安全監(jiān)測系統(tǒng)可以防御侵入并在緊急情況時及時報警，有效保證家居安全；改變生活方式：可以在家辦公、娛樂、以及進行視頻等。這一切也是智能家居產(chǎn)品設計的根本目的。通過對現(xiàn)代高科技、現(xiàn)代建筑與現(xiàn)代生活理念的完美結合而產(chǎn)生的智能家居產(chǎn)品，可以在同時滿足物質與精神兩方面需求的空間環(huán)境里，大大提高人們的生活質量，為人們帶來更為愜意、輕松的生活，進而達到人與家居生態(tài)環(huán)境的和諧與統(tǒng)一。

2.3基于家庭生態(tài)健康的智能技術

Zigbee無線網(wǎng)絡技術。ZigBee技術屬于一種新興的適用于、短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低復雜度、低成本的無線網(wǎng)絡技術，采用樹形拓撲結構通過處理網(wǎng)絡層與應用層，以及鏈接高層應用、測試和市場推廣等方面進行數(shù)據(jù)分析，形成了自己數(shù)據(jù)統(tǒng)計方案并具有良好的網(wǎng)絡穩(wěn)定性。現(xiàn)有智能家居大多通過ZigBee無線網(wǎng)絡實現(xiàn)智能家居環(huán)境生態(tài)監(jiān)控，進行實時的集中監(jiān)控并且為用戶提供反饋信息，自動或手動進行提示管理。HEPA高效過濾技術。智能監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)空氣污染物的性質可以及時、準確的提醒用戶家居狀態(tài)存在的問題，并進行降溫、加濕等有效措施，改善家居環(huán)境。主要用于捕集0.5um以下的顆粒灰塵及空氣中各種懸浮物。采用超細玻璃纖維紙材料作為濾料，膠版紙、鋁膜等材料作為分割板，并與木框鋁合金膠合而成，凈化器采用特種硅橡膠，化學性能穩(wěn)定，耐腐蝕，可吸收熱脹冷縮產(chǎn)生的應力而不會開裂，軟硬度適中，彈性恢復好。

3產(chǎn)品原型設計

3.1設計定位

為了滿足人們健康，智能，原生態(tài)的生活需求，我們設計出一種可供住宅室內(nèi)的廚房、客廳、臥室移動使用的智能空氣安全助手。通過手動控制、移動客戶端控制、手勢體感控制等交互方式，凈化器實現(xiàn)實時監(jiān)控檢測室內(nèi)空氣狀況，記錄并凈化室內(nèi)空氣，給家人帶來安全、潔凈、健康的空氣。

3.2低保真原型設計

方案一：智能空氣凈化器整體采用圓形設計，頂部和底部為平面，頂部可種綠植，底部有輪子可讓機體移動，給人飽滿安全的感覺，但圓形機體不能保證機體在運動狀態(tài)下的平衡穩(wěn)定性，且過于占空間，故舍棄這個方案。方案二：凈化器整體設計為棱錐形，機體穩(wěn)定性強，頂部為平臺可種植綠植，側壁帶有把手可供人移動機體，但外形過于笨重不美觀故放棄此方案。最終設計說明：外觀上采用了立方結構，符合現(xiàn)代智能生活的整體風格。上方運用了一個“回”字，引申出家庭為中心的概念；下方滾輪方便在家庭各區(qū)域工作，當產(chǎn)品處于低電量模式時，可自行回歸充電處，利用“蹲”完成充電，增強人機情感互動；整體利用大自然中的水、植物、空氣等元素，構成一個健康可循環(huán)的生態(tài)環(huán)境（見圖1）。

3.3高保真原型設計

凈化器通過連接互聯(lián)網(wǎng)，將采集到的空氣數(shù)據(jù)傳至云端匯總并通過大數(shù)據(jù)分析，計算出合理的解決方式再傳輸至終端，提供給用戶進行參考。操作方法：用戶首先按下開機按鈕，功能按鈕可以控制凈化器進行加濕，凈化空氣，冷、熱風調節(jié)并開啟靜止或自動巡測狀態(tài)。顯示屏顯示當前空氣和工作狀態(tài)，如空氣溫濕度、PM2.5狀態(tài)、空氣中有害氣體報警，并顯示凈化效果，一格質量差， 一般時三格，良好五格。另外，顯示屏還可以顯示當前風速、是否釋放負離子，開啟睡眠模式、濾網(wǎng)更換提醒等。為提高用戶體驗度還提供了附加功能如指示燈、定時系統(tǒng)、兒童鎖功能等。除終端界面外，用戶在離開家門后可使用手機APP遠程控制和語音控制繼續(xù)控制其工作，并對用戶的要求作出反應增加互動性。凈化器的頂部培養(yǎng)皿可供種植植物，當凈化器工作時加濕裝置可以通過加濕管道使用內(nèi)置水箱中生成的水汽灌溉頂部植物（見圖2）。

3.4 總結

智能空氣凈化器設計的交互系統(tǒng)的統(tǒng)一與聯(lián)系性實現(xiàn)了人、空氣凈化器、移動終端的多維交互的協(xié)調關系。設計上增強了家居設備和人之間的情感，相對于傳統(tǒng)家居而言，智能家居可利用“大數(shù)據(jù)”共享資源，實現(xiàn)用戶在數(shù)據(jù)化時代下的“云端生活”。智能空氣凈化器在解決基礎空氣優(yōu)化的前提下，通過物聯(lián)網(wǎng)技術采集終端數(shù)據(jù)庫收集各個不同家居生態(tài)圈的空氣狀況數(shù)據(jù)，整合出更高效可行的解決方案，給予了用戶更加健康人性化的家居生活。但智能空氣凈化器的設計在技術上并不能實現(xiàn)整個家居的“物聯(lián)網(wǎng)”不能形成整體的智能家居環(huán)境。

4設計原則

預測性：智能家居設計應該體現(xiàn)可預測性。可預測性表現(xiàn)在的產(chǎn)品使用過程中不僅可以通過手動控制、移動客戶端控制等傳統(tǒng)控制方式，更提出了利用手勢體感控制以及語音控制等新的人機交互方式。語音識別系統(tǒng)會根據(jù)用戶的相應要求做出反應。讓用戶不僅可以利用手機app遠程控制產(chǎn)品，還可以做到不通過其他媒介進行語音控制。在我們的設計中用戶要求開機時，只需站在凈化手機聲音范圍內(nèi)語音發(fā)布指令即可。在未來高速發(fā)展的智能信息化時代，語音控制或將成為最便捷簡單的智能操作方式。

環(huán)保性：在智能產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用以及后續(xù)回收問題上都充分考慮設計中的環(huán)保性。在產(chǎn)品中的內(nèi)部運作系統(tǒng)和外部材料選擇都應遵循綠色環(huán)保概念。在外部材料選擇中注意其可靠性和耐久性，盡可能的選擇可循環(huán)材料；在內(nèi)部運作部分中合理的引用環(huán)保的智能技術，保證在產(chǎn)品自身的使用中不會造成二次污染。在凈化器中設計吸收有害氣體的進出口時考慮到各氣體密度達到有效促進空氣循環(huán)，保證注水水質，在凈化家庭環(huán)境的同時避免凈化器自身產(chǎn)生二次污染。使產(chǎn)品在最大程度凈化空氣的同時不給環(huán)境及能源帶來負擔。

交互性：在智能家居的設計過程中，除了要遵循“以人為本”的設計原則外，也應該考慮用戶的情感體驗，思考人與產(chǎn)品之間的關系，建立更加友好、自然、有趣的人與產(chǎn)品之間的交互方式。設計交互界面時遵循減少用戶認知成本以確保交互方式和過程與用戶認知過程一致；界面簡潔美觀；對用戶的操作指令進行及時反饋，并通過任務提示和信息反饋來指導用戶。利用凈化器設計的交互系統(tǒng)將人、空氣凈化器、移動終端等多維的交互關系來創(chuàng)建健康安全的智能家居環(huán)境。在我們產(chǎn)品中，為了豐富人機之間的情感交流增添了綠植的設計，在家人照顧綠植的過程中，培養(yǎng)了家庭氛圍，增加了人與產(chǎn)品間的互動，使產(chǎn)品更加有趣。讓人們與產(chǎn)品之間不僅可以做到基本的人機互動，更可以在一定程度上達到人際互動，促進人與人之間交流。

主觀能動性：在智能產(chǎn)品設計中同時要具有一定的主觀能動性。在互聯(lián)網(wǎng)時代的背景下，智能產(chǎn)品利用云端大數(shù)據(jù)的支持，收集并記憶用戶的行為習慣，可做出更智能的反應，為用戶實現(xiàn)量身定制專屬的解決方案。我們的凈化器設計中，當產(chǎn)品過低電量運行時可自動回到充電處；同時包括當前風速、是否釋放負離子、開啟睡眠模式、濾網(wǎng)更換做到自動提醒。根據(jù)用戶的日常使用方式來制定個性化的解決方案，為用戶量身訂造出適合個體家庭情況的專屬個性化設置。

美觀性：智能產(chǎn)品的外觀上的設計應契合家庭的整體氛圍，與家庭環(huán)境相互協(xié)調，達到簡潔，健康等要求。隨著當代人們對于外觀要求的不斷提高和大量智能產(chǎn)品出現(xiàn)，在產(chǎn)品的外觀上既要高端前衛(wèi)，符合家居室內(nèi)的環(huán)境要求，也要做到便于人們接受，區(qū)別于其他金屬外觀的智能產(chǎn)品給人帶來的距離感。在凈化器中選用圓滑可愛的外觀造型，ABS環(huán)保塑料做到外觀親切便于接受，滿足大多數(shù)家庭的選擇。

5結論

在現(xiàn)代城市空氣污染日益嚴重和智慧生活、智能家居概念的普及的背景下，本小組對"如何利用智能家居產(chǎn)品更加友好、高效地維護家居生態(tài)環(huán)境的健康"這一問題進行了探究。小組在對"智慧生活"、"智能家居"、"家居生態(tài)"的文獻研究中發(fā)現(xiàn)，家居生態(tài)環(huán)境健康已越來越被人們所重視，將現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、智能技術等科學技術應用于家居生活、維護家人健康被大眾所期望，傳統(tǒng)家居產(chǎn)品向智能化家居產(chǎn)品轉型已經(jīng)成為一個必然發(fā)展趨勢。基于設計實踐和對設計實踐的評估，小組從本能層面、行為層面、反思層面探究了不同用戶對該產(chǎn)品的使用體驗，發(fā)現(xiàn)：本能層面和行為層面的用戶評分較高，說明該產(chǎn)品的外觀審美、功能及其中智能技術的應用已經(jīng)能基本符合用戶的心理預期，能達到維護家庭生態(tài)環(huán)境健康的目的；在反思層面上，用戶評分總體較低但也有最高分5分出現(xiàn)，說明該產(chǎn)品在與人進行情感交互的方面做得不夠，以及用戶對更全面、更有趣的人機交互方式的巨大期望。該項研究具有重要的理論和實踐意義。從理論上，這項研究有助于智能家居和家居生態(tài)的研究，同時提供出了一種促進家庭生活更加友好、健康的設計理念。此外，從實踐上結合了現(xiàn)代智能技術，維護了用戶在家庭生態(tài)環(huán)境中的健康。

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作者簡介：

吳雨霖/女/1994年生/河北石家莊人/本科/研究方向為產(chǎn)品設計