“一語式”語音交互的智能馬桶優化設計

林炫坤 林澤鑫

摘要：通過分析當前智能馬桶存在座溫調節不便、預熱不及時、參數設置煩瑣、用戶體驗不佳等缺陷，提出了采用微處理器通過語音采集模塊采集用戶的“專屬呼喚語音名”并傳送至云服務器上預存，使用智能馬桶時再采用語音手環匹配智能馬桶參數，實現“一語式”操作，讓用戶具有較好的交互體驗，保護用戶的隱私。

關鍵詞：智能馬桶;語音手環;優化設計

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）08-0252-02

1 智能馬桶技術現狀概述

隨著時代的進步、科技的創新、中產階級崛起、城市化不斷推進、養老產業及智能家居產業的興起，智能馬桶正在以較高的普及率進入中國千家萬戶，在以后的智能生活中，智能馬桶是人們生活中不可或缺的一種產品。所謂的智能馬桶是指運用當代信息技術和機電一體化技術所設計出來的智能坐便器，它實現了便蓋自動加熱、溫水自動洗凈、暖風干燥、加熱殺菌等功能，具有改善生活、醫療保健的作用。

智能馬桶的演變過程如圖1所示，它從純手動操作方式到語音操作方式，經歷了四個階段。現今，市面上的智能馬桶其自身的控制系統主要有兩種方式：有線連接的按鍵板控制模式和紅外或射頻遙控控制模式，并停留在“標準”的智能化，且存在以下缺陷：

1）智能馬桶功能中的“座圈的預加熱”以及“清洗或烘干過程中各種參數的配置”與人的交互性比較差，表現在：（1）座溫調節仍需要在衛生間通過遙控器或旁側按鍵進行操作，預熱不及時;（2）采用按鍵板或遙控的操作方式，每次都需要重新設置諸如水溫、清洗位置、清洗力度、烘干風溫等參數，交互煩瑣，無法達到“便捷有效配置清洗或烘干參數”目的;（3）有的采用手機APP操作雖然可以預設置和保存參數，但也只是簡單的替代遙控，對操作面板不熟悉的用戶來說，體驗仍然不佳，而且還會遇到無暇去尋找手機的時候。

2）融入智能家居物聯網的交互度比較低。操控方面不能采用常規的物聯網操控方式，使得該類產品當前融人物聯網的交互度比較低。

3）脈沖電磁閥沖水式智能馬桶，在因偶爾停電時沖水需要用到備用電池（常用鋰離子電池）供電，其安全性和更換電池的煩瑣性使得這類智能馬桶在“生產、運輸以及后續的維護更換方面”性價比低。

2 智能馬桶的優化設計

目前由于智能馬桶在操控上的不便以及使用步驟的煩瑣，因此筆者提出將智能馬桶融入智能家居物聯網，這樣便可增加人機交互的友善性，使用戶在使用過程中更加有感。隨著國內智能音箱的快速發展以及5G技術的應用，我們將智能馬桶通過智能音響接入智能家居體系，嘗試開發智能語音音箱來代替遙控器操控智能馬桶。不過在整個智能家居系統中為智能馬桶這個單一品類去開發應用一個專用的智能語音音箱或智能語音穿戴設備，在應用成本上屬于重疊配置和浪費，另外，智能馬桶的使用帶有隱私性，其操作上完全采用語音來控制會帶來尷尬的體驗和安全操作的隱患。為了讓智能馬桶能夠以較高的交互度融入智能家居物聯網生態鏈并提高與用戶的交互性，同時為替代現有備用電池方案，提出了一種改進的智能馬桶控制系統，其框圖如圖2所示，語音接入通訊模塊設置于智能馬桶主控制系統上，智能馬桶主控制系統通過語音接入通訊模塊與智能語音手環通訊連接，而智能語音手環與“開放式智能語音音箱云平臺”通信連接。

智能馬桶通過圖2所示結構框圖進行優化之后，能實現應用一鍵旋轉按鈕操作功能，即在一個按鍵上通過簡單的前旋、后旋、短按和長按四個動作，實現女性清洗、臀部清洗、烘干和沖水這四大主功能，保護了智能馬桶使用者的私密，同時，應用智能語音手環代替傳統的遙控或按鍵板，通過“一語式”語音交互快速配置個人專屬的使用參數，無須煩瑣操作和重復進行設定。

經優化設計的智能馬桶，其在語音交互上具有通過智能手機上的“智能語音手環APP：智能馬桶版”進行個性化服務定制的功能，可在該APP中預設個人的專屬使用參數如夜燈模式、座溫、烘干風溫、清洗水溫、清洗水壓、噴槍伸出位置、清洗模式、智能馬桶配對等，并可給這組參數進行單獨命名，形成“專屬語音呼喚“。這組語音呼喚置放于開放的智能語音音箱云平臺服務器上，當智能語音手環采集到的“專屬語音呼喚“的語音指令后，便將它傳送至開放的智能語音音箱云平臺進行音頻分析。開放的智能語音音箱云平臺服務器將分析得到的字符串命令發送至智能語音手環，智能語音手環與智能馬桶主控系統進行通信連接，智能馬桶主控系統關聯觸發信息，迅速配置個人專屬使用參數并供用戶使用。

經優化設計的智能馬桶還可以在顯示模塊上顯示當前智能馬桶的工作狀態，能把“一語式”迅速配置的個人專屬使用參數全部顯示出來，顯示的參數主要包括座溫、水溫、風溫、清洗水勢等。經優化設計的智能馬桶利用智能語音手環，還可拓展對座圈加熱的預熱控制、夜燈的夜間控制。

為了解決斷電時智能馬桶的供電問題，我們優化化智能馬桶USB接口備用供電模塊的設計，當停電的時候，可以用目前常見的移動充電寶就可以代替備用電池，給系統沖水電路供電，解決了智能馬桶在斷電時需要專用電池供電的缺陷。

3 優化后的智能馬桶“一語式”參數的配置

通過優化設計后的智能馬桶控制系統，可經智能語音手環APP進行個人參數的配置，配置后可實現“一語式”使用置能馬桶的功能。其配置個人參數步驟圖3所示。

1）第一次使用時，根據個人的體驗效果，在智能手機端的“智能語音手環APP：智能馬桶版”預設“夜燈模式、座溫、烘干風溫、清洗水溫、清洗水壓、噴槍伸出位置、清洗模式、專屬語音保存名、智能馬桶配對”等參數，通過一鍵上傳，這組配置好的個性化參數和對應的語音字符命令上傳到“智能語音音箱云平臺”上。

2）再通過智能手機端的APP在“智能語音音箱云平臺”上保存預設參數并設置同步到智能語音手環上。

3）利用智能語音手環采集用戶說出的“專屬語音呼喚名”，觸發智能語音手環與智能馬桶配對，配對后的智能馬桶接收到智能手環上已同步的智能馬桶預設參數，接收到命令后智能馬桶進入預設運行模式，等待用戶著座使用。

通過“一語式”參數配置后，用戶無須通過按鍵板或者遙控重復進行設定即可快速調出智能馬桶執行個性化的操作參數，在這過程中，只需要攜帶智能語音手環，對著智能語音手環說出個人“專屬語音呼喚名”保存名，通過旁側旋轉按鈕操作相應主功能即可方便地使用智能坐便器。

4 優化后的智能馬桶實驗結果

4.1舒適度、滿意度調查

為檢測優化后的智能馬桶在使用上的舒適度和滿意度，我們對使用過本產品的用戶進行了問卷調查，共抽樣調查170人，結果如圖4所示，可見中年人和老年人對優化后的智能馬桶舒適度和滿意度支持度較高，在老年群體中舒適度和滿意度分別達到75%和70%以上，大多數中老年人認為此類智能馬桶操作方面，而少年和青少年對優化的智能馬桶在概念不深刻，使用上不習慣，但不排除一些人喜歡此類智能馬桶的舒適度和便捷的體驗。

4.2 節能

優化后的智能馬桶具有節水節電的環保功能，其底部座圈加熱采用變頻方式供電，可節省用電量。另外采用脈沖電磁閥沖水模式，可以節省用水。我們采用對比法進行檢驗，同時使用普通的智能馬桶和優化后的智能馬桶一個月，優化后的智能馬桶在節水節電方面比普通的智能馬桶節省20%以上。

5 結束語

綜上所述，經過優化后的智能馬桶可接入智能語音音箱云平臺，共享了智能語音音箱生態鏈上云服務器的存儲硬件資源、音頻分析處理和狀態反饋信息的運算處理資源，適用范圍廣也降低了智能馬桶接人智能家居生態鏈的成本。通過手機預設，采用“一語式”呼喚就能迅速配置好個人所需運行模式，具有較好的交互功能，不需要太多的語音命令，操作人性化且安全，無誤操作問題，也避免了語音暴露如廁隱私的尷尬。

參考文獻：

[1]王祜.基于消費升級需求的智能馬桶產品設計研究[J].工業設計，2019（10）：64-66.

[2]李若愚，李世龍.智能自清潔公共馬桶座圈的設計[Jl.科技資訊，2018，16（16》：58-59.

[3]唐蘇湘，汪仁煌.網絡化智能馬桶的研究[Jl.自動化技術與應用，2005，24（6）：78-80.

【通聯編輯：朱寶貴】

收稿日期：2020-01-15

基金項目：2019年度廣東省大學生科技創新培育項目：一種可接入智能語音音箱生態鏈的智能馬桶（項目編號：pdjh2019b0872）

作者簡介：林炫坤（1998-），男，廣東揭陽人，學生，研究方向為機械設計與制造。