“一语式”语音交互的智能马桶优化设计
来源:用户上传
作者:林炫坤 林泽鑫
摘要：通过分析当前智能马桶存在座温调节不便、预热不及时、参数设置烦琐、用户体验不佳等缺陷，提出了采用微处理器通过语音采集模块采集用户的“专属呼唤语音名”并传送至云服務器上预存，使用智能马桶时再采用语音手环匹配智能马桶参数，实现“一语式”操作，让用户具有较好的交互体验，保护用户的隐私。
关键词：智能马桶;语音手环;优化设计
中图分类号：TP319 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）08-0252-02
1 智能马桶技术现状概述
随着时代的进步、科技的创新、中产阶级崛起、城市化不断推进、养老产业及智能家居产业的兴起，智能马桶正在以较高的普及率进入中国千家万户，在以后的智能生活中，智能马桶是人们生活中不可或缺的一种产品。所谓的智能马桶是指运用当代信息技术和机电一体化技术所设计出来的智能坐便器，它实现了便盖自动加热、温水自动洗净、暖风干燥、加热杀菌等功能，具有改善生活、医疗保健的作用。
智能马桶的演变过程如图1所示，它从纯手动操作方式到语音操作方式，经历了四个阶段。现今，市面上的智能马桶其自身的控制系统主要有两种方式：有线连接的按键板控制模式和红外或射频遥控控制模式，并停留在“标准”的智能化，且存在以下缺陷：
1）智能马桶功能中的“座圈的预加热”以及“清洗或烘干过程中各种参数的配置”与人的交互性比较差，表现在：（1）座温调节仍需要在卫生间通过遥控器或旁侧按键进行操作，预热不及时;（2）采用按键板或遥控的操作方式，每次都需要重新设置诸如水温、清洗位置、清洗力度、烘干风温等参数，交互烦琐，无法达到“便捷有效配置清洗或烘干参数”目的;（3）有的采用手机APP操作虽然可以预设置和保存参数，但也只是简单的替代遥控，对操作面板不熟悉的用户来说，体验仍然不佳，而且还会遇到无暇去寻找手机的时候。
2）融入智能家居物联网的交互度比较低。操控方面不能采用常规的物联网操控方式，使得该类产品当前融人物联网的交互度比较低。
3）脉冲电磁阀冲水式智能马桶，在因偶尔停电时冲水需要用到备用电池（常用锂离子电池）供电，其安全性和更换电池的烦琐性使得这类智能马桶在“生产、运输以及后续的维护更换方面”性价比低。
2 智能马桶的优化设计
目前由于智能马桶在操控上的不便以及使用步骤的烦琐，因此笔者提出将智能马桶融入智能家居物联网，这样便可增加人机交互的友善性，使用户在使用过程中更加有感。随着国内智能音箱的快速发展以及5G技术的应用，我们将智能马桶通过智能音响接入智能家居体系，尝试开发智能语音音箱来代替遥控器操控智能马桶。不过在整个智能家居系统中为智能马桶这个单一品类去开发应用一个专用的智能语音音箱或智能语音穿戴设备，在应用成本上属于重叠配置和浪费，另外，智能马桶的使用带有隐私性，其操作上完全采用语音来控制会带来尴尬的体验和安全操作的隐患。为了让智能马桶能够以较高的交互度融入智能家居物联网生态链并提高与用户的交互性，同时为替代现有备用电池方案，提出了一种改进的智能马桶控制系统，其框图如图2所示，语音接入通讯模块设置于智能马桶主控制系统上，智能马桶主控制系统通过语音接入通讯模块与智能语音手环通讯连接，而智能语音手环与“开放式智能语音音箱云平台”通信连接。
智能马桶通过图2所示结构框图进行优化之后，能实现应用一键旋转按钮操作功能，即在一个按键上通过简单的前旋、后旋、短按和长按四个动作，实现女性清洗、臀部清洗、烘干和冲水这四大主功能，保护了智能马桶使用者的私密，同时，应用智能语音手环代替传统的遥控或按键板，通过“一语式”语音交互快速配置个人专属的使用参数，无须烦琐操作和重复进行设定。
经优化设计的智能马桶，其在语音交互上具有通过智能手机上的“智能语音手环APP：智能马桶版”进行个性化服务定制的功能，可在该APP中预设个人的专属使用参数如夜灯模式、座温、烘干风温、清洗水温、清洗水压、喷枪伸出位置、清洗模式、智能马桶配对等，并可给这组参数进行单独命名，形成“专属语音呼唤“。这组语音呼唤置放于开放的智能语音音箱云平台服务器上，当智能语音手环采集到的“专属语音呼唤“的语音指令后，便将它传送至开放的智能语音音箱云平台进行音频分析。开放的智能语音音箱云平台服务器将分析得到的字符串命令发送至智能语音手环，智能语音手环与智能马桶主控系统进行通信连接，智能马桶主控系统关联触发信息，迅速配置个人专属使用参数并供用户使用。
经优化设计的智能马桶还可以在显示模块上显示当前智能马桶的工作状态，能把“一语式”迅速配置的个人专属使用参数全部显示出来，显示的参数主要包括座温、水温、风温、清洗水势等。经优化设计的智能马桶利用智能语音手环，还可拓展对座圈加热的预热控制、夜灯的夜间控制。
为了解决断电时智能马桶的供电问题，我们优化化智能马桶USB接口备用供电模块的设计，当停电的时候，可以用目前常见的移动充电宝就可以代替备用电池，给系统冲水电路供电，解决了智能马桶在断电时需要专用电池供电的缺陷。
3 优化后的智能马桶“一语式”参数的配置
通过优化设计后的智能马桶控制系统，可经智能语音手环APP进行个人参数的配置，配置后可实现“一语式”使用置能马桶的功能。其配置个人参数步骤图3所示。
1）第一次使用时，根据个人的体验效果，在智能手机端的“智能语音手环APP：智能马桶版”预设“夜灯模式、座温、烘干风温、清洗水温、清洗水压、喷枪伸出位置、清洗模式、专属语音保存名、智能马桶配对”等参数，通过一键上传，这组配置好的个性化参数和对应的语音字符命令上传到“智能语音音箱云平台”上。
2）再通过智能手机端的APP在“智能语音音箱云平台”上保存预设参数并设置同步到智能语音手环上。
3）利用智能语音手环采集用户说出的“专属语音呼唤名”，触发智能语音手环与智能马桶配对，配对后的智能马桶接收到智能手环上已同步的智能马桶预设参数，接收到命令后智能马桶进入预设运行模式，等待用户着座使用。 通过“一语式”参数配置后，用户无须通过按键板或者遥控重复进行设定即可快速调出智能马桶执行个性化的操作参数，在这过程中，只需要携带智能语音手环，对着智能语音手环说出个人“专属语音呼唤名”保存名，通过旁侧旋转按钮操作相应主功能即可方便地使用智能坐便器。
4 优化后的智能马桶实验结果
4.1舒适度、满意度调查
为检测优化后的智能马桶在使用上的舒适度和满意度，我们对使用过本产品的用户进行了问卷调查，共抽样调查170人，结果如图4所示，可见中年人和老年人对优化后的智能马桶舒适度和满意度支持度较高，在老年群体中舒适度和满意度分别达到75%和70%以上，大多数中老年人认为此类智能马桶操作方面，而少年和青少年对优化的智能马桶在概念不深刻，使用上不习惯，但不排除一些人喜欢此类智能马桶的舒适度和便捷的体验。
4.2 节能
优化后的智能马桶具有节水节电的环保功能，其底部座圈加热采用变频方式供电，可节省用电量。另外采用脉冲电磁阀冲水模式，可以节省用水。我们采用对比法进行检验，同时使用普通的智能马桶和优化后的智能马桶一个月，优化后的智能马桶在节水节电方面比普通的智能马桶节省20%以上。
5 结束语
综上所述，经过优化后的智能马桶可接入智能语音音箱云平台，共享了智能语音音箱生态链上云服务器的存储硬件资源、音频分析处理和状态反馈信息的运算处理资源，适用范围广也降低了智能马桶接人智能家居生态链的成本。通过手机预设，采用“一语式”呼唤就能迅速配置好个人所需运行模式，具有较好的交互功能，不需要太多的语音命令，操作人性化且安全，无误操作问题，也避免了语音暴露如厕隐私的尴尬。
参考文献：
[1]王祜.基于消费升级需求的智能马桶产品设计研究[J].工业设计，2019（10）：64-66.
[2]李若愚，李世龙.智能自清洁公共马桶座圈的设计[Jl.科技资讯，2018，16（16》：58-59.
[3]唐苏湘，汪仁煌.网络化智能马桶的研究[Jl.自动化技术与应用，2005，24（6）：78-80.
【通联编辑：朱宝贵】
收稿日期：2020-01-15
基金項目：2019年度广东省大学生科技创新培育项目：一种可接入智能语音音箱生态链的智能马桶（项目编号：pdjh2019b0872）
作者简介：林炫坤（1998-），男，广东揭阳人，学生，研究方向为机械设计与制造。
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