基于智能家居的人机交互系统

发布时间：2006-10-11 来源：ChinaUI

　　人机交互（Human-Computer Interaction）是电子信息科学中最年青的分支学科之一。它是电子信息科学和认知心理学两大学科相结合的产物，涉及当前许多热门的电子信息技术，如人工智能、自然语言处理、多媒体系统等，同时也吸收了语言学、人机工程学和社会学的研究成果，是一门交叉性、边缘性、综合性的学科。
　　HOL21智能小区系统以家居智能化应用为核心，为现代化的住宅小区提供了智能物业运营、综合信息服务、家居智能应用的一体化综合解决方案。智能家居系统围绕家庭智能中心（HIC）构建了家庭测控总线网络，并通过家居智能接口模块(IFU)完成电气匹配，实现了对各种家庭设备集中管理、分散控制、智能监测、接入路由、信息处理等诸多功能。其家庭智能核心由智能控制器（HIC）、家居智能系统人机交互终端（HLK）、综合配线箱等组成。本设计的目标就是充分依托HOL21智能小区系统的网络功能，开发家居智能系统人机交互终端。
　　家居智能系统人机交互终端作为智能化系统与用户的信息交互平台，由LCD液晶显示屏、信息输入按键、状态指示灯、紧急报警按键等部分构成，采用菜单查询、信息交流的简捷方式，实现了智能系统与用户的交流，架起了业主与物业之间沟通的桥梁。
　　1系统功能需求说明
　　人机交互系统在整个项目中占据非常重要的位置，它不仅是智能系统同使用人员之间沟通的桥梁，还是小区物业管理中各种具体管理理念的体现者和执行者。通过人机交互系统，物业中心可以把先进的管理模式运用到小区中。人机交互系统对新的物业管理模式的支持，也是本系统设计的一大特色。人机交互终端应包含以下基本功能：
　　1.1家庭智能系统（HIC）运行状况的查询、控制；
　　1.2对家庭智能设备运行状况的查询、控制；
　　1.3智能场景提示、遗漏提示、安全提示、未读短信提示；
　　1.4社区公告、家庭短信提示、查询、显示；
　　1.5社区服务信息查询、社区运行状况查询；
　　1.6定制短信、商业广告信息、通讯录信息查询；
　　1.7系统密码、消除报警密码输入；
　　1.8 来客访问提示/音频对讲、单元门禁/住户门控制信号输出；
　　1.9火警/医警/匪警紧急按钮、报警信息输出；
　　1.10信息保存应能保证掉电24小时不丢失。
　　因此，系统工作效率的高低、安全性及可靠性等因素，在很大程度上取决于系统能否满足使用者对家庭内外信息交互的需求。我们对家居智能系统中人机交互终端的信息交互模式进行了功能分析和设计，力求突出其人性化、高可靠和高性价比的特点。
　　2系统设计
　　2.1系统菜单设计
　　根据分析，我们制定了本系统菜单方面的设计原则：
　　2.1.1按任务语义来组织菜单；
　　2.1.2广而浅的菜单树优先于窄而浅的菜单树；
　　2.1.3用反白、数字或标题显示位置；
　　2.1.4用选项名称作树的标题；
　　2.1.5根据含义将选项分组；
　　2.1.6根据使用将选项排序；
　　2.1.7选项力求简短、明了；
　　2.1.8语法、布局、用词前后一致；
　　2.1.9允许快捷键入、触发跳转或其它捷径；
　　2.1.10允许跳转到前层的菜单和主菜单；
　　2.1.11考虑系统数据共享、时间一致、新颖选择机制、响应时间、显示速率和屏幕尺寸。
　　2.2系统模块设计

　　针对第一部分中有关系统功能需求及界面设计中的各种原则，考虑本系统需要完成的功能，本部分我们开始阐述本系统的设计思想。
 
　　系统由六大模块组成，它们之间协调工作，共同实现了人机交互系统的各项功能。具体处理流程是：系统从HOL21智能控制中心通过测控网络（485协议）接收控制命令，通讯处理模块接受并分析，处理器将通讯模块接受分析完成的数据存储到存储器中。键盘接受模块接收到用户指令，处理器传递到菜单显示处理模块进行处理，通过液晶显示器来显示。
　　各模块功能具体描述如下：
　　2.2.1处理器（MCU）
　　处理器是整个系统的“大脑”，负责整个系统的协调工作。由于本系统代码庞大，处理频繁，故需要选用高速、并且程序存储器大的处理器，程序存储器应在32K-64K之间。
　　2.2.2 485通讯处理模块
　　系统的执行控制是基于HOL21控制中心发过来的数据进行处理的，因此通讯是整个系统的核心部分。通讯模块实现的功能是请求或接受DC端的控制命令，并彼此之间交换数据。由于整个HOL21系统与本系统的通讯采用485总线进行通讯，故通讯模块必须是基于RS485通讯的，并且要保证通讯的实时性和可靠性。
　　与RS485的通讯的接收采用串口中断来实现。当收到对方的请求信号时，判断地址值是否正确，如果正确，发送应答信号，等待对方发来数据。否则通讯结束。当需要发送信号时，先向对方发送查询信号，当受到应答信号时，立即开始发送信息。
　　2.2.3存储器模块
　　存储器模块用于保存一些系统状态和接收到的数据，如短信内容、待显示的数据等。可以直接用程序进行读写，并且应具有非易失性。由于系统需要实时时钟来控制系统的执行，因此在选用存储芯片的时候，应尽量选择内含实时时钟的存储器。经过计算，除去系统缓冲区所需，至少需要16.1K的存储空间。从保证系统扩展性上考虑，至少需要24K以上的存储空间。
　　2.2.4键盘模块
　　键盘控制模块是人机交互系统的重要输入接口，使用者通过键盘来控制系统。本系统设置了18个按键，分别是数字键0-9，星号键（*），井号键（#），上下方向键和报警键（119、120，110三个）。
　　2.2.5菜单显示处理模块
　　菜单显示处理是本系统的主体部分，菜单为使用者使用本系统提供了方便，因此菜单显示处理模块也是需要工作量最大的模块。
　　2.2.6显示模块
　　显示模块是用户与机器直接进行交流的窗口，用于显示菜单及对用户进行信息提示和操作指导。显示模块应能够显示8*4个汉字，能实现字符整行反白功能。因为需要显示的汉字比较多，故系统采用分辨率为128*64带字库的图形点阵液晶显示模块。处理器采用串口通讯接口与显示模块进行通讯。
　　2.3系统详细设计方案
　　下面我们对硬件设计中用到的各部件进行介绍。 
 
　　485通讯：本系统的485通讯接口芯片采用的是MAX1482实现TTL/RS-485电平的相互转换，除了体积较小、功耗较低以外，还具有最多256个网络节点的收发能力。
　　存储器：本系统的存储器采用的是存储容量为32K的非易失铁电存储器FM3808。FM3808 包含一个256Kb 的内存阵列、实时时钟、以及系统监测功能。时钟通过32.768KHZ外部晶振驱动。它通过用户选择的外部电池或电容的方式来保持时间及日期设置。另一方面，因为铁电具有非易失性，所以内存数据不依靠后备电源保持。除了时钟以外，FM3808具有系统监测功能，包括低电压监测和看门狗时钟，以及允许用户选择监视功能和信号极性的可编程中断引脚输出。FM3808与MCU之间通过并行接口相连，由于数据总线与地址总线复用，需要加地址锁存器74HC573，用于地址锁存，FM3808所分配的地址范围为0000H-7FFFH。
　　键盘输入：键盘控制采用HD7279芯片。HD7279是一片具有串行接口的可同时驱动8位共阴式数码管（或64只独立LED）的智能显示驱动芯片。该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成显示键盘接口的全部功能。内部含有译码器可直接接受BCD码或16进制码并同时具有种译码方式。
或临时需要时进行检查和确认；
　　对用户各种输入应提供合理性检查；
　　对于重要数据，必须进行严格的复查核对。
　　报警输入错误
　　当用户输入一个报警按键指令后，立即发出报警信息。采用这种方法虽然可以减少报警步骤，提供操作效率，但在误按报警按键后将会引起错误。
　　除匪警以外，对报警命令应提供反馈信息，告诉用户报警已发出，并提示此次报警是否是误报。
　　4总结
　　4.1分析本产品的设计，我们认为本系统具有如下优点：
　　4.1.1构建系统成本低廉，反应速度快；
　　4.1.2菜单化设计简洁，层次明了，易于使用；
　　4.1.3内容改动方便，软件设计采用内核+应用功能的思想，可以在不改动内核的基础上，对菜单内容、快捷键定义做出修改；
　　4.1.4系统构成相对独立，应用领域广阔。作为一个成熟的人机交互系统，在智能仪表、智能公交、智能门禁、智能商业楼宇等方面都有着广阔的应用领域；
　　4.1.5支持针对菜单内容的在线编辑/更改，使物业智能运营更灵活，更适用。
　　4.2 由于产品成本等原因，本设计尚存在如下不足：
　　4.2.1在大数据量的传输应用中传输误码率偏高，实时性、可靠性有待提高；
　　4.2.2在设计细节方面尚有不足，如未设计夜间按键背光、按键提示音；
　　4.2.3人机交互方式较为单一，缺乏多媒体交互效果。

　　【参考文献】
　　[1]赖麒文．8051单片机C语言开发环境事务与设计[M]．科学出版社．
　　[2]关德新，冯文全．单片机外围器件实用手册———电源器件分册[M]．北京航空航天大学出版社．