智能水杯物聯網系統設計方案通過這學期“物聯網系統設計”課程的學習，我們接觸了一個物聯網系統從感知、網絡傳輸到應用的全部過程。在此根底之上，當需要設計一個有價值的物聯網系統時，我認為群眾消費品是最適宜的。因為好的群眾消費品具有極大的潛在價值，這種價值不但表達在經濟利益上，更表達在巨大的用戶量中。一個優秀的群眾消費品可以改變全世界的處事習慣，也可以獲得巨大的經濟利益，無論哪一點都對物聯網產業是一種極大的促進，從而使整個產業步入良性循環。因此，我設計的物聯網系統將是一個群眾消費品。背景分析健康效勞當你感到口渴想要喝水的時候，體內的失水已經到達2%，口渴本身其實是體內已經嚴重缺水的表現，這是造成“亞健康”狀態的致命習慣之一。同時，越不注意喝水，喝水的欲望就會越低，人就會變得越來越缺水。而且，很多人都因為忙碌的工作而全天忘記喝水。所以，我們需要一個能在恰當的時間提醒喝水的效勞。效率效勞現代社會生活節奏很快，人們的生活中越來越多地出現各種鬧鐘、便簽等提醒功能的效勞，說明這種效勞確實是人們所需要的。但是這些效勞往往存在各種各樣的缺陷，比方不能對相關的情境做出延伸預測。這就使效勞的質量始終維持在某種水平線下，不能為生活帶來質的改變。因此，我們的產品也會在此大大改變群眾的生活。社交效勞另外，人類社會由紛繁復雜的關系網組成，這些不同范疇的關系都是人們日常生活中不可缺少的重要組成局部。而今的網絡世界是一個SNS當道的時代。人們總是會把生活展示在社交網絡上，而一種習慣反映一種心理，利用這種心理我們可以一改往日各種軟件的逼迫式喝水促進的思路，采用鼓勵的方式讓他們自然而然的按時喝水。綜上所述，我要打造的物聯網系統是一款基于PaaS思想的融合了健康、效率和社交三大流量入口的智能水杯。系統概要從用戶體驗的角度出發，詳見附錄中圖2-1，我主要做了外觀和功能兩局部的設計，來營造一種完美的用戶體驗。外觀設計完美的外觀設計是一個群眾消費品成功的基石，水杯的實物詳情見圖2-2，圖2-3，它采用橢圓形的底面設計，保證了曲面屏的曲率在人眼的舒適識別范圍內。水杯的杯蓋采用有一定重量的合金材料層，具有細膩的金屬光澤和厚實的觸摸感。杯身由三層結構組成，分別是TritanCopolyester材料內膽、電致變色材料中間層和CorningGorillaGlass3材料外殼。在杯身中間嵌入了一塊PPI高達336的Retina屏幕，這是水杯與用戶交互的核心位置。它的上方有一個800W像素高清攝像頭，鏡頭光圈到達了f/2.0級別。它的下方嵌有一根透明塑料制成的變色彩條，彩條的顏色用于指示當前水杯的水溫，通過滑動彩條可以在水杯的三大App間切換。水杯底部與杯蓋采用相同的材料，不同之處在于底部非常纖薄，印有專門設計的企業LOGO，圖2-4中有企業LOGO。功能設計整個物聯網系統的功能表達在硬件和軟件兩個方面。硬件方面的核心是杯身的變色功能：當用戶按時飲水按量飲水，做到符合預設的健康標準時，杯身就會呈現出一種非常艷麗的藍綠色，可以讓旁人一眼就看出用戶正遵守著健康的喝水習慣；而當用戶沒有按照預設的健康標準飲水時，杯身就會呈現出一種比擬難看的褐色。這種顏色的變化是逐漸的，隨著用戶健康習慣的拋棄或者養成都會向褐色或者藍綠色漸變。軟件方面的核心是前端的三大App，包括健康管理，效率增加和社交整合。健康效勞包括對用戶各種信息的采集，通過先行大量數據的醫學分析，給出用戶合理的飲水習慣，并按照此給出顏色的反映。健康效勞還包括類似每日健康小貼士語音播報這樣的微環節，以此給用戶帶來系統的健康管理。效率效勞基于以往的鬧鐘App，但有著超乎想象的方便功能。當用戶輸入一個關鍵字時可以選擇觸發提醒的時間、時間甚至動作，比方老人可以設置喝水時觸發一個吃藥提醒。而且每個關鍵字的輸入都會得到從云端效勞器給回的發散關鍵字反應，比方關鍵字為醫院時可以返回病例、預約掛號等詞條，以此提醒用戶可能需要考慮的問題。這些詞條中許多都可以用鏈接的方式通過內嵌瀏覽器跳轉至相關的網頁，比方預約掛號的網站。社交效勞是增加水杯用戶使用時間的一個重要功能。從心理學的角度講，多數用戶不會因為一個提醒或者一個強制性的要求而做到按時按量喝水，用戶的健康行為需要一種強有力的驅動力。如今網絡上社交應用正處于極其火爆的狀態，許多網民每天都花費著大量的時間來瀏覽社交平臺產生的信息，因此我們用每次按時喝水都以在社交平臺中展示的方式來鼓勵用戶自覺按照提醒喝水，隨著用戶的朋友通過社交平臺不斷與用戶就喝水的信息進行互動，用戶健康飲水的意識也就不斷強化。同時，我們考慮到多數使用SNS的用戶都會有多個社交平臺的賬號，而這其中的許多都沒有分開瀏覽的必要，比方人人網、新浪微博、QQ空間等。于是我們把這些社交平臺整合為一個App，集中顯示這些社交信息，如圖2-5，圖2-6所示。最后，當用戶的處于免打攪模式時，這些App也會進入免打攪模式，防止對用戶的正常休息造成打攪。層次設計水杯的物聯網系統層次設計十分清晰，如圖3-1，詳情見下文。應用層應用層的主要內容是杯身的變色功能和健康、效率、社交三大要點，如圖3-2所示。變色功能需要壓力傳感器判斷用戶的喝水情況，上傳至云端后進行數據分析，并給回用戶健康習慣的變化方向，通過電致變色傳感器改變杯身夾層的顏色。顯示屏點亮的時候只會顯示三個App中的某一個，并沒有桌面。因為簡潔有時是最正確的設計。三個App的功能如上文所述，它們的工作過程需要無線局域網〔Wi-Fi〕的支持，比方效率效勞App中的地點觸發提醒功能，就需要Wi-Fi提供定位甚至室內定位效勞，如圖3-3所示。通過Wi-Fi連接至網絡層并與云端效勞器交換信息，把信息送至效勞器計算，應用層僅按照計算的結果向用戶展示。應用層的三大App需要操作系統的支持，這里深度定制一個Android操作系統作為中間件，整合通過網絡層控制的資源，以接口方式提供應App使用。網絡層網絡層的設計因為涉及到連接互聯網和與應用層直接通信，所以比擬復雜。感知層的各種傳感器以總線方式與網絡層的不同物理接口連接，把源數據不加處理地送入網絡層，完成接入局部的工作，這是接入子層。網絡層內部的會聚子層把這些數據以星型拓撲結構匯入51單片機處理單元。處理后的數據通過網關送入互聯網另一端的效勞器。效勞器會對不同的數據做出相應的處理。另一方面應用層也通過總線方式直接與網絡層連接，保證App運行時的網絡接入。感知層感知層由嵌入杯身中的眾多傳感器組成。底部的壓力傳感器能不斷采集壓力信息，通過數據分析可以得出杯子的水量變化，從而獲得用戶的喝水情況信息。曲面屏背后嵌入了一個簡化后的智能主板，包括攝像頭傳感器、聲音傳感器等，能夠完成高清影像拍攝、語音播報等功能。另外，屏幕下方的透明塑料彩條是一個觸摸傳感器，能夠檢測手指的滑動，從而在三個應用間進行切換。杯身內膽中的溫度傳感器也采集溫度信息，通過總線連接感知層的MCU，并把處理后的結果反映在彩條的顏色上，水溫的從冷到熱會導致顏色從綠到紅變化。杯身中間層的電致變色材料采用金屬酞菁〔MetalPhthalocyanines〕，它應用了能夠使顏色在藍綠和褐色之間漸變的化學平衡方程：聚整個杯身覆蓋著一層CorningGorillaGlass3，這是時下最常用的面板材質，并在集成的智能主板中一塊iNANDStandardEFD，為水杯提供4G的存儲空間。系統評價智能水杯物聯網系統與其說是一個產品，倒不如說是一種改變生活方式的體驗。水杯從此在生活中有了前所未有的地位，它能完成生活中用戶需要的眾多重要的功能。它使用戶的健康度、水的溫度都具有可見性，帶來的是一種前所未有的契合應有生活方式的體驗。它的眾多軟件功能都帶來了新的正確的看待問題的方式，讓用戶的生活樂趣、工作效率大大提升。而我們出售的絕不僅僅是一個物理產品，水杯只是一個介質，連接著用戶和我們的效勞源。通過水杯我們售出了效勞，水杯本身可能我們只賺取本錢，但效勞的出售依靠流量模式或是后續比擬高端的付費效勞，可以獲得遠遠大于水杯自身的高額利潤。總而言之，水杯只是一個商品，但它的背后有著這一物聯網系統帶來的龐大產業。參考書目[1]宋寶華.Linux設備驅動開發詳解[M].北京:人民郵電出