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智能家居系统.doc

智能家居系统

王霜柏
2017-08-31 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《智能家居系统doc》,可适用于IT/计算机领域

智能家居系统目录目录I第一章绪论第二章智能家居系统的基本架构智能家居系统组成智能家居的应用智能家居控制功能及方式智能家居的通信方式第三章智能家居的平台化MM技术智能家居的硬件平台智能家居的控制软件平台第四章交互设计交互设计基础集成终端交互设计过程集成交互终端的实现第五章总结与展望鸣谢:错误~未定义书签。参考文献:I第一章绪论智能家居又称智能住宅在国外常用SmartHome表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化(HomeAutomation)、电子家庭(ElectronicHome、Ehome)、数字家园(DigitalFamily)、家庭网络(HomeNetNetworksforone)、IntelligentHomeBuilding)网络家居(NetworkHome)、智能家庭建筑(在我国香港和台湾等地区还有数码家庭、数码家居等称法。智能家居一般是以住宅为基础平台综合建筑装潢、网络通信、信息家电、设备自动化等技术将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、便利、环保的居住环境。智能家居可以定义为一个目标或者一个系统。利用先进的计算机、网络通信、自动控制等技术将与家庭生活有关的各种应用子系统有机地结合在一起通过综合管理让家庭生活更舒适、安全、有效和节能。与普通家居相比智能家居不仅具有传统的居住功能还能提供舒适安全、高效节能、具有高度人性化的生活空间将一批原来被动静止的家居设备转变为具有“智慧”的工具提供全方位的信息交换功能帮助家庭与外部保持信息交流畅通优化人们的生活方式帮助人们有效地安排时间增强家庭生活的安全性并为家庭节省能源费用等。智能家居能实现的功能和提供的服务:、始终在线的网络服务与互联网随时相连为在家办公提供了方便条件。、安全防范:智能安防可以实时监控非法闯入、火灾、煤气泄露、紧急呼救的发生。一旦出现警情系统会自动向中心发出报警信息同时启动相关电器进入应急联动状态从而实现主动防范。、家电的智能控制和远程控制如对灯光照明进行场景设置和远程控制、电器的自动控制和远程控制等。、交互式智能控制:可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能通过各种主动式传感器(如温度、声音、动作等)实现智能家居的主动性动作响应。、环境自动控制。如家庭中央空调系统。第一章绪论、提供全方位家庭娱乐。如家庭影院系统和家庭中央背景音乐系统。、现代化的厨卫环境。主要指整体厨房和整体卫浴。、以更加快捷地沟通信息的交流更顺畅。但是目前仅仅是计算机和其他一些IT类设备具备这种通信和网络能力。众多的普通机器设备几乎不具备联网和通信能力例如家电、车辆、自动售货机、工厂设备等。MM技术的目标就是使所有机器设备都具备连网和通信能力其核心理念就是网络一切(NetworkEverything)。MM技术具有非常重要的意义有着广阔的市场和应用推动着社会生产和生活方式新一轮的变革。业务及应用系统分类根据终端是否移动业务应用可分为两大类:移动性应用:适用于外围设备位置不固定移动性强丶须要与中心结点实时通信的应用如交通、公安、海关、税务、医疗、物流等行业从业人员手持系统或车载、船载系统等。固定性应用:适用于外围设备位置固定但地理分布广泛、有线接入方式部署困难或成本高昂的应用可利用机器到机器实现无人值守如电力、水利、采油、采矿、环保、气象、烟草、金融等行业信息采集或交易系统等。MM技术的应用系统主要包括三个部分:、企业级管理软件平台、无线通讯解决方案、现场数据采集和监控设备产品构成MM产品主要由以下三部分构成:、无线终端:都是特殊的行业应用终端而不是通常的手机或笔记本电脑。、传输通道:从无线终端到用户端的行业应用中心之间的通道。、行业应用中心:是终端上传数据的会聚点对分散的行业终端进行监控。特点是行业特徵强用户自行管理而且可位於企业端或者托管。第三章智能家居的平台化MM技术组成MM涉及到个重要的技术部分:机器、MM硬件、通信网络、中间件、应用。、智能化机器实现MM的第一步就是从机器设备中获得数据然后把它们通过网络发送出去。使机器“开口说话”(talk)让机器具备信息感知、信息加工(计算能力)、无线通信能力。使机器具备“说话”能力的基本方法有两种:生产设备的时候嵌入MM硬件对已有机器进行改装使其具备通信联网能力。、MM硬件MM硬件是使机器获得远程通信和联网能力的部件。主要进行信息的提取从各种机器设备那里获取数据并传送到通信网络。现在的MM硬件共分为五种:()嵌入式硬件嵌入到机器里面使其具备网络通信能力。常见的产品是支持GSMGPRS或CDMA无线移动通信网络的无线嵌入数据模块。()可组装硬件在MM的工业应用中厂商拥有大量不具备MM通信和连网能力的设备仪器可改装硬件就是为满足这些机器的网络通信能力而设计的。实现形式也各不相同包括从传感器收集数据的IO设备(IODevices)完成协议转换功能将数据发送到通信网络的连接终端(ConnectivityTerminals)有些MM硬件还具备回控功能。()调制解调器(Modem)上面提到嵌入式模块将数据传送到移动通信网络上时起的就是调制解调器的作用。如果要将数据通过公用电话网络或者以太网送出分别需要相应的Modem。()传感器传感器可分成普通传感器和智能传感器两种。智能传感器(SmartSensor)是指具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器。由智能传感器组成的传感器网络(SensorNetwork)是MM技术的重要组成部分。一组具备通信能力的智能传感器以AdHoc方式构成无线网络协作感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息并发布给观察者也可以通过GSM网络或卫星通信网络将信息传给远方的IT系统。()识别标识(LocationTags)识别标识如同每台机器、每个商品的“身份证”使机器之间可以相互识别和区分。常用的技术如条形码技术、射频识别卡RFID(RadioFrequencyIdentification)技术等。标识技术已经被广泛用于商业库存和供应链管理。、通信网络将信息传送到目的地。通信网络在整个MM技术框架中处于核心地位包括:广域网(无线移动通信网络、卫星通信网络、Internet、公众电话网)、局域网(以太网、无线局域网WLAN、Bluetooth)、个域网(ZigBee、传感器网络)。、中间件中间件包括两部分:MM网关、数据收集集成部件。网关是MM系统中的“翻译员”它获取来自通信网络的数据将数据传送给信息处理系统。主要的功能是完成不同通信协议之间的转换。、应用数据收集集成部件是为了将数据变成有价值的信息。对原始数据进行不同加工和处理并将结果呈现给需要这些信息的观察者和决策者。这些中间件包括:数据分析和商业智能部件,异常情况报告和工作流程部件,数据仓库和存储部件等。智能家居的硬件平台所谓平台平台是一个交互界面人机之间人与人之间机器之间的集中交互界面都可以称之为平台。平台化使得交互更加渐变快捷早期的智能中控器采用八位单片机作为处理核心处理单元功能十分粗陋简单。往往只具备安防三表采集、简单文字信息发布和简单的家电控制功能。这个时期的产品操作界面比较简陋家电控制功能只限于展示概念。所谓的平台化也仅仅只是人们的美好愿望接下来很多厂商为了使自己的产品功能更加全面、显示更美观采用了处理能力更强的单片机或使用多个单片机协作。这时期的产品操作界面有很大的改善往往采用彩色LCD大多带有触摸功能集成了楼宇对讲等功能家电以及其它设备的控制也相对完善。平台的魅力看是慢慢展现这个时期的产品已经开始慢慢关注人机交互之间的和谐问题所以出现触摸式操控屏和集成控制界面等一系列概念性的产品。第三章智能家居的平台化但此处的还仅仅只能是个粗燥的平台与智能化的定义相差甚远要实现智能化不得不应用更多先进的技术。随着MM技术和自动化控制技术的发展和人们对智能化定义的不断提高这种技术整合应用的趋势日渐明显。用MM技术构建只能家居平台需解决两个问题:一、解决家庭内部设备组网问题。建立智能家庭网络使得家居内部所有设备包括灯控模块、电动窗帘、电子门窗、安防系统、音频,视频设备、数码设备、电脑、智能电器等都具备通信和连网能力形成统一的智能家庭网络。二、解决智能家庭网络如何与外部通信网络连接的问题。使得智能家庭网络成为移动互联网和通信世界的一部分。其目的是使人们能够更简单地远程监视和控制自己的家居可通过手机、互联网对家庭进行管理为用户提供方便。然后建立家庭局域网络那么如何建立家庭局域网网络呢,图,即为家庭局域网的基本构架图建立家庭局域网的目的是提供一套完整的家庭娱乐、信息共享、家庭图,家庭局域网基本结构图管理和Internet接入及远程监控等服务功能。接入家庭局域网的设备主要包括:家用电器、家庭仪表、桌面电脑、手提设备、娱乐设备、成像设备、智能传感器、控制器等。所有设备通过一个网关接入Internet网关供Internet访问和家庭信息发布使用并可实现用户对家庭的远程控制功能。家庭局域网是一种混合型网络。根据接入设备的类型及实际需要实际家庭局域网的物理层接口可以分为四类:高速局域主干网、控制子网现场总线、视频线、电话线。高速局域网主要包含IEEE以太网协议、IEEEb无线局域网技术和Bluetooth技术实现PC、便携设备、信息娱乐设备等高端设备之间的互连和信息共享控制子网现场总线主要指以RS、CAN、Lonworks等简单智能协议为代表的现场总线技术实现信息和电信设备直接接入Internet而视频电缆方式则实现有线电视、VOD服务以及在服务供应商的支持下提供另外一种高速接入Internet的途径。无线智能家庭网络的建立。无线智能家庭网络是未来的一大发展趋势它可以满足用户对于家庭网络的灵活性、连续性等性能需求解决安装有线系统所需的高成本和不方便等问题。无线智能家庭网络可以分成家庭数据网络和家庭控制网络两种。家庭数据网络完成家居中的如下功能:提供家庭内部共享上网能力提供多媒体家电互相通信能力共享影音文件。如电脑和电视、VCD、音响、PDA、MP播放器等实现机器和机器之间大批量、高速率的数据传输。家庭控制网络完成家居中的以下功能:灯光照明控制、家居环境监测和控制、家居安防、家庭应急功能。控制网络中有大量的节点设备它们使用电池供电还要具备网络和通信能力所以成本和功耗是组建家庭控制网络中最为突出的两个要素。一种解决方案是基于无线局域网(WLAN)标准IEEEg和最新的无线个域网(WPAN)标准IEEE建新一代的无线智能家居网络。利用IEEEg组成家庭数据网络,IEEE组成家庭控制网络。在高速率无线局域网应用中IEEEg(Mbps)正在逐渐取代IEEEb(Mbps)成为应用的主流,还有正在发展阶段的IEEEn(Mbps)应该是发展的主要方向因为IEEEg支持更高速率的传输。无线控制网络需要的是低功耗、低成本、低复杂程度、长电池寿命的标准。IEEE是为这种应用需求而设计的主要适合于自动控制和远程控制领域可以嵌入各种设备中同时支持地理定位功能。物理层可以第三章智能家居的平台化工作在三个免受权ISM频段:GHz(全球应用)、MHz(美国)、MHz(欧洲)通信速率为kbpsGHZ(Channels)、kbpsMHz(Channels)kbpsMHZ(Channel)传输距离可达到米依赖功率输出和环境特性。新一代的无线智能家居网络中的核心是中心控制器它同时具备和通信功能。中心控制器会有两种:一是基于PC的数据中心控制器一是家庭自动化控制平台和手执遥控器充当家居控制网络的中心控制器。平时家庭自动化控制平台监控家庭中的各种电器、灯具、安防系统等实现家居管理、家居控制、家居监视、家居安防、家居服务信息的自动化。它可以控制和启动基于PC的数据中心控制器当需要高速率数据传输时由PC来完成。组建以家庭自动化控制平台和手执遥控器为核心由各种节点控制模块组成的家庭控制网络是实现智能家居的第一步也是智能家居的初级阶段。新一代各种具备无线通信和网络能力的家电、消费类电子、数码产品不断增加。以PC为核心的家庭数据网络会逐渐获得市场的认可得到越来越广泛的应用这也是智能家居发展的高级阶段。目前家庭数据网络和家庭控制网络几乎是平行发展的还没有融合,未来这两条发展线会相互交叉构建真正的智能家居。融合的关键是MM技术的发展即让每台机器、每个节点都具备通信和联网能力这正是MM技术的核心理念网络一切(NetworkEverything)。无线智能家庭网络与移动通信网络的互连家庭不是一个孤立的社会单位智能家庭必须要具备和外部通信网络连接的能力才能实现更广泛的应用。这个任务由中心控制器来实现。中心控制器充当外部网络和家庭网络之间的网关。无线智能家居网络中的家庭网关可以通过以下几种方式与移动通信网络通信。、基于双音多频的服务(DTMFDoubleToneMulitiFrequency)使用DTMF技术可以通过通常的语音信道传输有限的数字编码信息。可以用做智能家居中远程安全报警、家居状态查询、简单的远程控制。无线智能家居网络中的控制中心存储预先设置好的语音信息提示用户用手机按键进行操作这是最简单的MM应用。这种方法比较简单容易实现但是缺乏效率用户必须按照语音提示逐步进行操作操作比较烦琐等待时间较长。、短消息服务(SMS)SMS应用到智能家居中时相对DTMF技术可以使用文字一次可以传送更多的家居状态信息和控制命令传输速度快。网络运营商可以对这种MM应用的SMS信息和普通的短信区分开来保证信息能够及时传递尤其对家居安防警报。、多媒体信息服务(MMS)MMS是基于WAP业务的走数据通道其传输能力在CSD方式下可以达到kbps在GPRS方式下最大可以达到kbps在G下可以达到Mbps以上给MMS应用的开展提供了很大的便利。MMS的发送延时少用户可以享受即时的服务。MMS业务支持发送状态报告向用户提供有保证的发送。、通用分组无线业务(GPRS)无线智能家居采用GPRS技术具有以下优点:永远在线、高速传输、自如切换、按流量计费等。、无线应用协议(WAP)用户可以通过访问WAP页面的方式管理和监控自己家居的情况更加的直观操作也更方便。、G移动通信技术第三代移动通信技术给MM技术提供了更加厂阔的应用平台而对智能家居应用而言则意味着更加方便快捷的操作、更加直观的监控、更多更好的服务功能。智能家居的控制软件平台前面一节提及了用MM技术对智能化家居系统的硬件构成的大致原理及方式本节将介绍智能家居平台的灵魂也就是其软件系统。鉴于有MM技术构架的智能化家居系统的硬件组成和目前信息家电研究尚处于实验阶段在国际上还没有形成统一的家庭信息化标准家电设备制造厂家也无所适从因此解决信息家电间的异构性是整个软件平台要解决的首要问题。所以此处引入工作流技术和专家系统进行软件构造和开发。首先引入两个概念:工作流:工作流(WorkFlow)就是工作流程的计算模型即将工作流程中的工作如何前后组织在一起的逻辑和规则在计算机中以恰当的模型进行表示并对其实施计算。工作流要解决的主要问题是:为实现某个业务目标在多个参与者之间利用计算机按某种预定规则自动传递文档、信息或者任务。简单地说工作流就是一系列相互衔接、自动进行的业务活动或任务。第三章智能家居的平台化我们可以将整个业务过程看作是一条河其中流过的河水就是工作流。工作流属于计算机支持的协同工作(ComputerSupportedCooperativeWorkCSCW)的一部分。后者是普遍地研究一个群体如何在计算机的帮助下实现协同工作的。专家系统:专家系统(expertsystem)是人工智能应用研究最活跃和最广泛的课题之一。专家系统是一个智能计算机程序系统其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统它应用人工智能技术和计算机技术根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验进行推理和判断模拟人类专家的决策过程以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题简而言之专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。现代技术逐渐出现分布化、网络化和敏捷化的趋势相应地对工作流模型的灵活性、可用性、可伸缩性、可靠性以及互操作等方面提出了更高地要求工作流模型的智能化程度成为研究的焦点。为了解决工作流模型描述及过程控制缺乏主动性、智能性等问题本文将人工智能领域中具有完备理论基础的专家系统与工作流管理系统相结合按照专家系统模型表示及控制方法对工作流系统模型进行重新定义构建了基于专家系统的工作流模型使系统在底层机制上就具备实现智能化的能力。基于专家系统的工作流模型在智能家居中的应用较好地解决了信息家电间的互操作问题突出了的本模型的可行性与优越性。分布式处理技术CORBA以及ECA规则都为这一实例提供了理论依据。下面先介绍一个基于专家系统的工作流技术的实际例子。基于专家系统的工作流模型融合了专家系统、工作流管理及数据库管理技术如图所示。此模型包含了工作流执行服务所需要的所有信息这些信息包括过程的开始和完成条件、构成过程的活动以及进行活动间导航的规则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应用、工作流的引用关系以及所有与工作流有关的数据定义。图专家系统工作流程图定义工作流是一个三元组WFL::=({Actives}{Events}{ECArules})。其中{Actives}是活动的集合{(Events)}是事件的集合它记录了活动所产生的事件{(ECArules)}是一组规则的集合每条规则用来刻画活动之间的迁移方式。()过程定义模块。过程定义也称工作流过程模型是对业务过程的抽象表示包含所有使业务过程能被工作流执行服务执行的必要信息过程定义模块主要目的是给用户提供对实际业务过程进行分析、建模的手段。用户和流程管理专家按系统的表示方法对实际的工作流程进行定义生成业务过程的可被计算机处理的形式化描述。在本系统中这种形式化描述即规则通过基于规则的产生式或ECA等表示法能够将工作流很好的描述存储于规则库中供业务流程推理及控制调用。()数据库模块。数据库模块包括工作流知识库、综合数据库和动态数据库。工作流知识库存放大量的流程规则供推理机在推理时实时调用。综合数据库存放基本信息和数据。动态数据库存放推理及执行过程产生的中间信息和数据。第三章智能家居的平台化()工作流管理模块。工作流管理模块由工作流推理机和工作流执行服务组成。工作流推理机按照专家系统的推理机制根据工作流规则库中的规则对工作的执行过程进行推理其中推理的中间信息和数据写入动态数据库工作任务信息交给工它由一个或多个作流执行服务。工作流执行服务是工作流管理系统的核心工作流机组成。工作流机又称为工作流引擎(WorksFlow)用于控制过程实例和活动实例的状态转换。工作流管理模块根据过程执行需要的初始条件和执行参数生成过程实例运行过程实例并管理其运行过程通过工作流推理机推理的结果将活动实例按其特征写入工作库用于工作流执行或异常处理模块进行处理。基于专家系统的工作流模型在智能家居系统中的应用智能家居(smarthome)的概念最早出现于美国它利用先进的计算机技术、嵌入式技术、网络通讯技术、综合布线技术将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起。智能家居中的主角是具有智能的信息家电它是电脑、电信和电子技术与传统家电相结合的创新产品是为了使数字化与网络技术更广泛地深入家庭生活而设计的新型家用电器。对于单个信息家电产品而言它获取任务信息以及识别、执行这一过程可以看成一个完整的工作流但是智能家居的智能性依靠一种家电不能很好的体现它需要多个家电之间相互协作、相互触发共同完成主人交给的一系列任务这些具有不同功能且相互独立的模块之间所进行的互操作过程就实现了工作流系统的运转。例如主人回家开门时客厅里的电灯会因室内的光线过暗、空调会因温度不适自动打开主人外出关门时需要关闭的电器立即断电、室内的监控系统自动开启。电灯、空调以及相关设备的开关会与门的状态、室内光线明暗、温度异常这些已经形成的事件联系在一起具体哪盏电灯、哪台空调、光线明暗值以及温度舒适范围等众多参数均由主人按照自己的主观意愿随意设定。基于专家系统的智能家居工作流管理模型目前信息家电研究尚处于实验阶段在国际上还没有形成统一的家庭信息化标准家电设备制造厂家也无所适从因此解决信息家电间的异构性是首要问题。从信息家电的特殊性出发利用CORBA中接口定义语言(IDLInterfaceDefineLanguage)解决系统异构性的优势设计出一种信息家电的接口定义语言IAIDL(InformationApplianceInterfaceDefineLanguage)来定义信息家电这些分布式对象以此形成IAIDL文件。通过IAIDL编译器将设备描述文件中相关信息提取出来并加以处理形成便于存储操作的中间信息并保存到位于网关上的嵌入式数据库SQLite中完成了信息家电在家庭网关中的注册。数据库中存储的注册信息不仅包括没备的基本属性还涵盖家电所能产生的各种事件使得来自于不同厂家的信息家电能够相互识别、相互触发其繁体模型如图,所示。图基于专家系统的智能家居系统工作流管理模型定义注册的信息是一个五元组Registration::={Id,Name,Attribute,FactoryInfo,Event,andException},Id为注册时由网关分配的编号在工作流模型中每个家电的Id唯一Name为家电的名称Attribute为家电的属性FactoryInfo记录了厂家的基本信息Event显示了家电在操作过程中能够产生的事件Exception列举了家电出现异常的情况。IAIDL文件的语法是采用类似于巴科斯一诺尔范式(BNFBackusNaurForm)的格式以一个产生式规则集合的形式进行定义。在实际操作中IAIDL文件是由厂家书写并下载到设备中去的下面列举了部分IAIDL规范。<设备接口>::=<接口头><接口体><接口头>::=<设备名称>“is”“<”<设备类型>“>”<接口体>::=“{”<接口描述>“}”<接口描述>::={<类型声明>}{<状态>}{<属性>}{<操作>}<类型声明>::=“enemy”<枚举类型名称>“=”“(”{<枚举值>“”}<枚举值>“)”“”<状态>::=“state”<状态说明><状态名><状态值类型>“(”<期望状态值>“”<实际状态值>{“”<警戒异常>“)”“:”第三章智能家居的平台化<属性>::==“attribute”<属性名称><属性值>“”<操作>::=“function”<操作名称说明><返回值类型><操作名>“(”<参数说明>”)“”ECA规则在智能家居中的事件描述人们通过客户端可以随时随地调用家居中的一台或多台家电系统会将主人的这些意愿用事件条件活动(ECA,EventConditionAction)格式加以描述并存入ECA规则库中当事件发生时系统实时地或在规定时刻检查规如满足则执行规则的操作。ECA规则可以表示为一个三元组则的条件{e,c,a},其中eEcC(aAE代表对信息家电状态改变有触发作用的事件C代表响应触发事件的条件而A代表对触发事件进行响应时采取的行动。定义ECA规则的形式是:RULE<规则名>(<参数>„)WHEN<事件表达式>IF<条件,„条件n>THEN<活动l„活动in>(n,m)ENDRRULE<规则名><条件„条件>是某种逻辑中任意合法的逻辑表达式可以包含函数或过程调用。<活动„活动M>是用户定义的一个动作或动作序列或是用某种语言编写的一个过程、活动可以是引发事件的一个命令也可以是引发执行指定的规则命令。事件表达式分为基本事件和复合事件复合事件是对基本事件的逻辑运算这种运算主要包括如下形式:()逻辑与:ANDEVENTANDEVENT表示EVENT与EVENT事件同时发生。()逻辑或:OREVENTOREVENT表示EVENT或EVENT事件中有其一发生。()逻辑否:NOTNOTEVENT,表示除这一事件外任意事件发生。例一个描述智能家居内部相互协作的ECA规则:RULE(ruleid)WHENEvent(Door,,Open)IfState(RoomTemp)<andState(RoomTemp)>THENTask(Aircondition,,Open)ENDRULE(relaid)此规则描述为:主人回家开门时序号为O的门打开这一事件发生后系统会自动检测数据库中室温值若不在至度之间便会形成一个工作流任务命令:序号为O的空凋开启。ECA规则与产生式规则的主要区别是:它的事件作为一个相对独立的成分具有专门的监测机制有更强的能力描述数据库内外的各种状态变化。事件驱动的分布式工作流运行机制信息家电因网络的延伸、系统的异构使其具有明显的分布式特点在这种环境下为了解决信息家电间的协作问题并最终实现智能家居的自动化与高效率所采用的工作流必须以分布的形式出现分布式:工作流技术采用分布式策略将工作流系统功能离散化或模块化使用户能透明地使用由不同机型、不同运行平台组成的异构计算资源通过各个模块问的相互协调工作完成一个业务流程。事件驱动的分布式工作流系统是指在分布的、异构的、动态的环境中引入主动数据库中的ECA规则来描述工作流中的任务处理将事件作为唯一的过程集成与协调机制基于事件触发规则执行从而实现工作流任务的自动路由。完整描述一个事件需要一些参数如事件的形式、名字、发生时间、传递的信息以及与其它事件的关系等。文中引入了三种事件:任务状态相关事件、数据相关事件、时间相关事件。其中任务状态相关事件由工作流中任务状态的变化而产生数据相关事件由对工作流中数据流的操作而产生而时间相关事件则是由工作流引擎对系统时间的监控产生。为了实现事件驱动的规则处理技术还需要研究有效的事件驱动控制模型使得系统中事件的发生可以很快被发现从而触发执行相应动作。事件接口实时接收来自外界的消息并转化成系统要求的格式存人事件库中事件库中存储了信息家电发生的各种事件当事件满足规则库中某条规则的条件推理机便可得出结论触发相应规则。工作流执行过程中可能会产生新的事件系统会将这些新的事件作为消息存人事件库中。如图,是对事件驱动分布式工作流模型描述。第三章智能家居的平台化图事件驱动分布式工作流控制模型根据工作流管理的特点本系统所采用的是正向推理即从系统的首任务出发引用规则库中的规则向后寻找满足条件的任务或子过程并执行产生能触发后续任务的条件递归调用规则直至所有的任务或子过程被完成。在专家系统的推理过程中推理机每一循环中的可用规则往往不止一条确定可用规则中可被启用的规则方法称为冲突消解策略。在冲突消解策略上本系统采用优先级排序策略谁的优先级高谁先执行优先获得资源。以上借助专家系统解决了工作流缺乏主动性、智能性等问题借鉴了专家系统在表示、推理以及控制上成熟的理论构建了基于专家系统的工作流模型并结合事件驱动的分布式工作流技术将之应用在智能家居系统的软件平台开发中较好地解决了信息家电的异构性问题并实现了不同家电的智能协作。针对整个智能家居系统的软件平台的较为复杂的构造性和程序编写过程建议在架构硬件平台时选用与嵌入式平台控制应用较为深入的子系统提高模块化的开发速度。至此整个智能家居系统硬件以及其控制软件系统的整个思维过程已经描述完毕接下来的一章将集中对交互式集成终端控制的整个实现过程进行详细阐释。第四章交互设计交互设计基础前面一直在提及“智能”二字那究竟什么样的系统才能被称之为智能呢。前面我已经完成了看不见的“智能”(硬件系统和控制系统)那看得见的智能呢它会是什么样子呢。这一章我们主要介绍所谓看得见的“智能”(聪明的交互式界面)的设计过程。首先得明确几个概念:人机交互(HCI)交互范式交互框架和方式。人机交互:又称人机互动(英文:Human–ComputerInteraction或Human–MachineInteraction简称HCI或HMI)是门研究系统与用户之间的互动关系的学问。系统可以是各种各样的机器也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流并进行操作。小如收音机的播放按键大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。人机交互界面的设计要包含用户对系统的理解(即心智模型)那是为了系统的可用性或者用户友好性。交互范式:一种人机交互范式是一个基本概念框架它可以作为人们思考人机交互问题是的模型它为人们提供了一个思考如何使用计算机为什么使用计算机以及在何处使用计算机的广阔平台。理解各种交互范式能够帮助我们探讨从大型机到袖珍机的各种计算技术。交互框架和方式:交互框架是提供理解或定义交互式的一种结构。首先在做这个系统之前我们要明确我不是简简单单地写出某一个简单的有几个可以操纵机器的图标的界面而是尽量在简便快捷的基础上绘制一个和谐的HCI。从人机工程学(ergonomic)的角度上来讲物理和虚拟的环境都可以直接影响到人们对某一机器和设备环境的感官所以对于智能家居的控制终端开发我们要尽量在应用高技术(HItech)的基础上符合人类环境和计算机环境的和谐融合。第四章交互设计集成终端交互设计过程在规划整个设计过程之前得首先引入在管理学上应用广泛的“WH”规则即what(事件)where(地点)when(时间)who(对象)why(理由)how(如何处理)。使用WH启发式定义现存的交互范式和交互空间并探讨用户交互的元素和对象这将有助于理解系统如何工作以及如何将知识应用到未来的系统开发中。在阐释这个六个元素时顺序上会稍作变化同时在启发式中这六个元素结合起来阐释。虽然启发式中所有的元素都是相关的但是某一些元素对另一些的影响更大。因此这些结合基于各项之间相关的程度并且不是唯一的。WhatHow对各种计算系统(what)中物理的和虚拟的界面成分的深入理解对建立可用系统至关重要。后面将会讨论各种界面的物理成分如IO设备然后简略探讨定义用户如何使用系统(How)的多种相关界面元素如窗口和图标。WhereWhen还可以从特殊的物理计算空间的角度定义计算机系统。下面我们来比较桌面计算空间和可穿戴计算空间。可穿戴计算是移动和网络计算发展的产物并由此产生一种新的网络类型个域网(PAN,无线个域网标准协议IEEE)。PAN网络允许用户在任一时刻(When)都可以远程的(Where)计算机功能而且与他或她物理位置无关甚至在他或她移动是也要满足其访问要求完成访问。WhoWhy将介绍这些物理设备所完成任务类型及界面组件的功能。这些任务给出人们使用计算机的原因。我们也没有忽视为完成新的任务或改进现存的解决方案而推动技术发展的事实。现存的系统方便某些任务的实现这成为使用这些用户的特殊动力。例如大型机被受过严格训练的技术人员使用这些技术人员对系统内部的工作原理非常精通。他们通常也编写计算机程序的人理解系统的逻辑和语法并且参与政府、工业和研究团体的大规模计算。计算机系从诞生那天起到现在它已经不需要强大的技术背景就可以使用这得感谢DouglasEngelhard等科学家的个人智慧、增强研究中心(AugmentationResearchCenter)的研究者以至后来集成电路代替晶体管等同时代的技术进步导致了更小、更廉价小型机的开发导致了一种新的交互范式个人计算。个人计算这一新范式将集中把公共机构的计算能路分散到个人空间从而促进了更加关注用户界面的硬件和软件设计的开发。用于智能家居系统的人机交互界面大多只会牵涉到个人计算机、移动计算机和可穿戴计算机所以下面就正对三种交互范式作详细介绍其他交互范式在一定程度上也应该类同于此。个人计算施乐帕洛阿尔托研究中心年开发的Alto是第一个使用图形用户界面的计算机使用的桌面隐喻主要有弹出菜单、窗口和图标。Alto被认为是第一个个人计算机(PC)。虽然Alto在技术上应该被认为是小的小型机而不是微型计算机但是它提供了对个人计算范式的描述:一个用户在书桌前他可连续地访问系统功能(大型机采用终端分时复用的模式)以及计算机文件和程序的内容而且该用户对计算机的文件和内容负责。图支持鼠标和GUIXeroxAlto引发了计算领域的一场革命NLS对Alto的发展具有重大的影响(许多PARC的研究人员直接来自ARC)包括以太网连接、CRT显示(竖直方向放置)、键盘、键鼠标和五键和弦键盘。系统还包括一个专门为ALTO开发大激光打印机。Alto没有在商业市场销售但是他的交互体系结构为AppleLisa的开发提供了灵感。AppleLisa具有更加复杂的GUI(GraphicUserInterface)环境。第四章交互设计图,基于XeroxPARC的成果年发布的AppleLisa的GUI曾引起轰动。PC硬件和操作系统开发的同时应用软件也有了一定的发展。随着VisiCalc电子表格、Lorus、字处理应用和数字游戏的发展PC成为办公室和新出现的家庭办公娱乐中心的强大工具。PC已经逐渐成为人们职业和个人生活必需品。桌面WhatHow个人计算最主要的交互体系结构被传统定义为基于PC硬件软件配置的桌面环境这一模型可被定义为单一用户使用键盘和指点设备与软件应用和网络资源进行交互。PC的开发以为着用户不必将自己的程序提交给系统管理员然后再由系统管理员将来自多个终端的程序排队系统按照队列的顺序执行程序。现在用户可以连续地、不受约束地访问计算机功能。软件开发的范围从办公自动化套件到游戏几乎涉及人们所需的一切因此软件工业非常繁荣。计算机储存介质有多种一些介质是永久储存的如CDR和DVDR也有一些介质是可更新储存的如CDRWDVDRW等。储存介质价格越来越便宜体积越来越小。储存及而知一直在发展因此未来的技术很快就会取代当前技术例如曾经普遍使用的软盘很快就加入到了被替代介质的队伍中。这一事实在将来可能对使用软盘图像多为功能图标的GUI产生影响。便携式硬盘技术涉及从用于工业的大容量阵列到如同笔大小的USB记忆卡。WhereWhen随着PC的到来家庭使用计算机成为现实PC能够满足绝大部分人都家庭办公娱乐的需求。家庭中对计算机能力的访问是不受拘束的用户可是随时访问计算机功能。家庭计算机已经成为无数佳通的必须品。认为PC的存在是理所当然的一代已经长大成人他们无法居住在没有PC的环境里面。WhoHowPC被使用的原因多种多样。应用程序的范围广泛从字处理、电子表格、数据库和展示软件等办公工具到电子邮件和及时消息软件等通信工具。在网络上购物已经成为消费者一个必不可少的消费渠道。人们还是用网络完成银行业务和账单支付。合法的和不合法的文件共享技术已经非常普遍。在家庭中PC提供的工作和娱乐应用程序使得他成为工作和娱乐中心。或许一个更加严肃的问题不是谁使用计算机而是谁不使用计算机。研究人员已经开始探讨针对信心鸿沟问题的社会经济学分支和处于该问题核心的教育问题。信息鸿沟是指能够访问电子信息的人们和不能够访问电子信息的人们之间的差距。PC尤至指接入INTERNET的链接是教育机构很重要的资源。不能提供这一资源的学校中的学生已经处于劣势因为当今这个世界中每个就业机会对人们需要具有的基本计算机素养的要求日益增高。写了如此之多并不是没有用处的空话要是的整个智能系统被广泛的人群接受我们一定要考虑所谓的信息鸿沟问题我们的计算机交互要尽量做到普适计算适应更加多的人群。第四章交互设计移动计算当数据以一种有意义的、可操作的方式组织时数据就被称了信息。通过吸收信息可以获得知识。在当今的世界计算机在数据处理和信息展示方面发挥着重要作用。过去使用计算机访问数据受到物理位置的限制。在很多情形下不得不在某个位置把数据收集过程和数据完整性尤其是一些对时间极度敏感的数据。现在的情形已不再是这样移动和网络计算机技术使得计算机再也不被范围所限制计算能力可被传送到数据诶手机的远方位置。用户不用离开他所在的远方位置数据就可以完成采集、处理和展示。移动技术体现了AdlaiStevenson对知识追寻所做的评价和本质内容。WhatHow移动计算机包括各式各样非常多的设备这些设备很快在大多数工业化社会中普遍流行。有很多种品牌和样式的膝上计算机平板电脑也已经流行多时。数字游戏机和MP播放器代表了一个繁荣的商业领域。很多企业向驻外代理机构分发手持远程通信和跟踪设备借此以提高当地的传输和维护服务。便携式计算机还配备了嵌入的触摸板和指点棒。它们的键盘大小从比桌面键盘小一点到便携式键盘。但是这些键盘不具备扩展了数字键和功能键所具备的额外功能。膝上计算机和平板都使用了LCD屏幕。平板电脑还具备触屏交互和手写识别。平板电脑或是不配备键盘的“平板样式“或者采用膝上型计算机的设计可以打开形成平板样式。另一方面不同的手持设备在硬件和软件配置上差别非常大(异向性)。)到MP播放器的各种设备。手机类似于手持设备种类众多包括从手机(a计算机但是比计算机小得多键盘和屏幕也很小。AppleiPod(b)等mp播放器使用一个滚动轮和小的LCD窗口(a)手机(b)iPodmp播放器便携计算机集成了用于当代GUI设计的桌面隐喻。PC最初被设计为在办公环境下放置在一张书桌上硬核在书桌的周围使用PC这一事实直接导致了桌面隐喻。在桌面范式下信息空间和工作空间的关系很直接在某种程度上这种关系与用户的直觉相一致。然而桌面隐喻却无法始终反映使用编写计算机用户的工作空间。第四章交互设计许多用户使用膝上型计算机代替桌面计算机:虽然人们可以将膝上计算机从家中带到办公室但是人们使用膝上计算机的方法却与使用桌面计算机完全相同。然而有些人发现了便携计算机的新应用而且新的交互设计正在形成。手写板计算机的平板样式和手写识别软件代表了移动交互设计的一种新方法。最常见的手持设备是PDA。这些设备一般是手掌大小他们运行特有的操作系统如PalmOS或者MicrosoftWindows操作系统的特定版本如Windows操作系统会变得很笨重。PalmOS等其他的操作系统使用了更多的创新设计因此非常流行。这些设备的输入通常是由手写笔来完成的笔也可以操作图标和菜单还可以操作模拟软键盘完成文本输入有效的手写识别还不是很常见但是设备操作系统内置的手写系统稳定可靠与人的直觉一致。桌面移动混合环境可以提供最理想的交互效率这些蛇别尺寸小、电池供电时间有限、处理器能力相对较低这些都可能成为某些操作带来困难。因此将桌面系统与移动设备相配合使用是有益的可以由桌面系统执行复杂任务或将最新的信息服务版本传送到移动设备。手持设备还可以使用闪存技术在手持设备和桌面系统之间储存和交换文件及程序移动系统可以使用IEEE系列无线协议通过无线网关(WIFI热点)访问网络资源如英特网。如果信号比较稳定移动系统就可以获得相对稳定和高速的连接。移动蛇别还可以使用蓝牙或红外技术如IrDA(红外数据协会)设备通过手机接入INTERNET。移动设备可以接入全球定位系统(GPS)GPS距有全球位置定位功能提供的精确度高达一米。这种设备在自动导航系统中已经非常流行在导航系统中使用触摸屏和语音进行交互这样做是为了减轻驾驶过程中的注意力分散的问题。手机是被广泛接受的移动计算设备之一。手机在很短的一段时间内就获得了强大的群众基础。在蜂窝网络不断发展的同时手机也发展成为能够提供语音、文本、视频通信的多功能设备。移动技术被认为是对人类的解放它允许用户访问心WhereWhen事面受物理位置的限制。在任何地方只要有WIFI节点人们都可以通过其接入互联网。因为这些设备有很好的移动性他们可以通过基于位置的移动服务(LMS)根据特定位置的信息提供与位置相关的计算。LMS可以从与位置敏感的广告、公众服务广告、社会交互和特定地点的教育信息中获得。GUIDE系统使用技术为兰开斯特、英格兰的迎客在他们携带的手持设备上提供与场景相关的信息。系统根据环境场景和游客的偏好悬着提供的信息。在城市中安置的基地单元通过发送网页和位置信息与手持设备进行交互。WhoWhy人们使用移动计算的原因是数不清的包括改进医疗保健、出尽学习、完成更多旅游和休闲。然而所有这些技术都具有一个显著的优势:他们都被设计用来重复的执行日常的简短任务。因此他们使用情形与桌面不相同在设计中应该考虑并反映出这些不同。移动技术已经成为商业人士的必需品他们即使在旅途中也必须能够随时访问办公资源或企业资源。移动技术还被设计用于特定位置的应用这些应用从本质上要求很高的技术。配置了诊断应用的移动设备可以很便利地访问大型数据库帮助驻外人员连接到功能更强大的数据库服务器。这样能够对远方潜在的问题进行更快的评估。移动设备非常有用并且具有很多优势但是他们也有很多缺点例如屏幕小带宽低连接不稳定以及文本输入交互笨拙。随着网络技术的发展网络允许一组用户彼此进行交互他们可以在共享文件和文档的同时不必考虑对方是在同一个房间还是在远方的位置。这样就为人们创造了一个相互协作、共同工作的虚拟空间。网络通过简化信息、协调、组织和战士等任务支持协同工作。计算机为MediatedCommunication)是描述计算机支持媒介的通信(CMC:Computer群组通信的方式的通用术语。最后要要详细地描述一下在终端控制中使用最对的一种几乎技术嵌入式虚拟。(许多人使用术语“嵌入式虚拟”表示使计算机脱离他们的电子外壳的过程。计算机可读数据的虚拟操作(即数据被修改、处理和分析的所有不同的方法)被引入物理世界Weiser)群件和CMC应用能够帮助降低信息和位置之间的耦合度。位于某台机器上的信息可以通过网络共享并被远程群组的所有成员使用。CSCW环境必须依据协同项目中人们通常的工作方式进行设计。多种多样的CMC应用反映了协同工作的复杂性。第四章交互设计传统上计算能力和功能集中于计算机所限定的物理空间这一事实是CSCW发展的传统障碍之一。移动技术带来更多的灵活性它允许用户连接到网络时不必在某一特定的物理位置。然而便携计算机是在PC交互体系机构上进行建模的而PC交互体系结构试图在同一个地点包括尽可能多的计算能力计算型瑞士军刀。正如Weiser设想的嵌入式虚拟(EV)专注于将计算性能和功能从“盒子”中分离。从大型机计算发展到个人计算的历史也属于嵌入式虚拟过程。嵌入式虚拟代表了一种新范式。可以想象为一个“大爆炸”将计算功能分布到真个计算环境中。EV代表了人们考虑计算机的方式的改变它揭露了许多新的可能同时也带来很多问题。如何将计算功能分散到真个环境中,EV计算应该采取什么形式,需要什么类型的界面,人们施加控制到什么程度,自动化到什么程度,关于应该如何将计算机融入人们的生活有很多中不同方法和若干种想法。我们涉及到EV的几种新兴领域:无所不在的普适计算无形透明计算可穿戴计算在EV领域有明显的四种潮流如图,所示图具体虚拟环境位置操作第一条边便携的手动的(有时是可穿戴的)设备如手机MP播放器、数码相机、PDA、这些设备能够提供用户可以操作的便携式的功能。第二条边手动的固定的设备如ATM和咨询亭这些设备被固定在某处供用户使用。第三条边便携的自动的设备、这些设备被传感器使用、如汽车使用无线收发机缴纳费用。这些设备不可能使用手动操作。第四条边自动的固定的设备如报警传感器被用于检测入侵者及工业危险。大学的科研人员和企业的研究人员都在研究多种多样的嵌入式虚拟:无所不在(UbiComp)、普适、可穿戴、无形、透明、环境、、嵌入式以及其他一些不是很出名的嵌入式形式如触知计算(PalpableComputing)自主计算(AutonomicComputing)这些方法之间通常没有明确的区别他们代表了一组交互范式每一个交互范式都是不同程度的用户控制和嵌入式体系结构的组合。然而每一种方法都有一个独特的表现形式该表现形式特有的特点使得它在某种特定的情形下非常有用。计算机网络被无缝地集成到人们生存的物理环境中计算机网格观念是关于智能环境系统设计的本质。能够感觉到用户的存在的智能环境可被编程实现为:根据用户在房子中的位置和状态调整房间的照明和取暖设备。集成交互终端的实现交互设计是一个复杂的过程它需要计算技术的各类中和知识以及对人类心理学的透彻理解。在审美过程中必须要考虑到人的逻辑判断和敏感度。事实上美学可用性的研究表明:那些审美上另人愉悦的界面设计更容易被用户所接受而对用户吸引力低的界面一般不会被接受。对于复杂的交互问题怎样才能建立一流的解决方案呢,要考虑交互设计中的所有技术因素并提出其中哪些因素是有用和可用的还要建立一种符合省美的设计这是具有挑战性的事情。那些创造出功能强大又符合审美的伟大设计的交互设计者是如何成功的呢,可以看下苹果公司的IPod和Google的搜索引擎。这都是非常强大的工具它们都具有极大的吸引力并在市场上获得了巨大的成功。人们都乐于使用它们因为它们界面友好且能可靠地完成任务。为了在设计过程中使用结构和命令交互设计者使用原则来指导设计过程中需要做出的决定。这些原则帮助设计者对界面的外观和功能的设计作出决策。同时在需要权衡时它们也起到辅助作用而且设计原则还有助于设计团队的其他成员相信决策的正确性。第四章交互设计设计原则帮助设计者建立更为直观的设计。目前已经有很多完善的设计原则并且在各个设计学科已经有很长的历史。由于分类过多在此就不再累述。其实所谓的集成终端器就无非是一个控制器固定的也好便携的也罢都只是一个硬件的控制器件我们要在这个控制器件上实现我们需要的交互和功能都只能靠强大的软件功能。在本人的设想中在将来的智能化家居平台中除了固定于某个物理环境的控制终端外应该还有一个强大的移动终端这不一定就要专门的开发硬件这可以是一款跨平台的协作软件可以安装在PCPDA,智能手机等许多便携式设备上通过WIFI,蓝牙红外GPRS或新一代的数据业务接入本地网络或是通过INTERNET远程接入本地网络实现随时随地的交互和控制。第五章总结与展望展望:智能家居是住宅智能化的核心部分目前我国的智能家居市场有三个特点:一是市场潜力大我们知道现在的房地产业在全国的发展都很火爆作为其下游产业智能家居市场前景还是非常乐观的。第二点就是产品多厂家多大部分集中在上海、北京、深圳、广州等地。但到目前为止还没有一家形成规模化。再有就是在智能家居行业国家还没有统一的行业标准使得很多中小企业各自为政按自己对市场的理解来开发产品相互间的产品不具兼容性这种局面有点春秋战国时代诸侯争霸的感觉。因此今后几年智能家居市场会进入一个行业整合阶段最终可能会出现几家规模比较大品牌影响力好的厂家。从产品角度来讲以后的智能家居产品会朝着实用化、傻瓜化(操作简单)、模块化的方向发展所谓模块化就是产品开发商把智能家居产品做成模块化的可以根据用户的实际需求任意搭配。这样不仅可满足不同层次用户的需要,而且可以节约成本也可以节约不必要的端口模块的浪费。随着高科技和信息技术的广泛应用安全、舒适、便利的生活环境已经不再是一个遥远的梦想。由于智能家居系统能够为人们提供更加轻松、有序、高效的现代生活环境因此已经成为房地产商追逐的热点。在未来没有智能家居系统的住宅将像今天不能上网的住宅那样不合潮流。相信不远的将来智能家居一定会更好地造福人类。总结:通过此次毕业论文纠正了自身很多不足补充了很多理论知识。总之是一次很有收获的设计。第四章交互设计参考文献:《迎接嵌入式互联网》INTEL全球副总裁王文汉《BeginningVisualCSharp》《遗传算法的数学基础》张文修、梁怡编着西安交通大学出版社年第一版《多智能体原理与技术》加JimingLiu着清华大学出版社年第一版《基于网络环境的智能控制》周祖德编着国防工业出版社年第一版《工程设计专家系统的原理与程序设计方法》李桂青、罗持久着气象出版社年第一版《计算机专家系统应用》德波科维斯基、盖尔斯着周鹰译南京大学出版社年第一版《模糊专家系统》李凡着华中理工大学出版社,年第一版《人工智能与专家系统》吴源泉、刘江宁着国防科技大学出版社年第一版《人工智能与专家系统》尹朝庆、尹皓编着中国水利水电出版社年第一版《实用专家系统指南》谭东风编着国防科技大学出版社年第一版《智能故障诊断与专家系统》吴今培肖建华着科学出版社年第一版《专家系统导论》黄可鸣着东南大学出版社年第一版《专家系统建造原理及方法》张全寿编着中国铁道出版社年第一版《专家系统设计原理》王树林等编着科学出版社年第一版《专家系统原理与编程》美JoesphGiarratano着机械工业出版社年第一版《TheResonantInterfaceHCIFoundationsforInteractionDesign》SevenHeim电子工业出版社年月日第一
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