智能环境设计范文第1篇

【关键词】 物联网 智能家居 防火 防盗 报警

引言

智能家居是家居平台物联网化的结果，在计算机技术、自动化技术和通信技术发展趋势下，通过物联网技术将家居中的各种设备相互联接，并能统一协调管理。家居智能化的概念已被很多人所接受，相关的智能化设备也进入到普通百姓家，给人们生活增添了不少便捷，尤其是在防火、防盗方面发挥了很大作用，能减少生命和财产的损失。

本系统利用Arduino平台强大的可拓展性和开源性来开发智能家居系统，选用Arduino单片机芯片作为控制核心，通过自建硬件平台模拟智能家居环境，将硬件传感器获取的数据反馈给自编软件集中处理，用户可通过客户端得知家中温度、湿度、人体警报、火焰警报、烟雾警报等情况并能实时监控。

一、系统设计

1.1系统组成

系统由Arduino控制模块、温湿度探测模块、防盗模块、防火模块、无线通信模块、客户端报警监控模块6个模块组成，如图1所示。Arduino控制模块负责处理温湿度探测模块、防盗模块、防火模块收集到的数据，并将结果反馈给客户端报警监控模块进行分析，最终实现所需功能。

1.2模拟家居环境

采用市面流行的DIY小房子搭建小型家居环境模拟实际家居环境，可将模拟家居环境分为卧室、客厅、大门三个部分。

二、硬件系统设计

2.1单片机控制模块

主控芯片选择Arduino Mega2560单片机控制板，开源且有很强的拓展性。其处理器核心是ATmega2560，具有54通道数字输入/输出口（其中16通道可作为PWM输出）和16通道10bADC模拟量输入，4路UART接口，1个ICSP header，时钟晶振为16MHz。是采用USB接口的核心电路板，通过USB线可与电脑直接连接便于在线进行程序调试。

2.2数据采集模块

数据采集模块包括三个子模块，分别是温湿度探测模块，防盗模块，防火模块。温湿度探测模块采用AM2302数字温湿度传感器，防盗模块采用HC-SR505人体传感器，防火模块再分为火焰探测模块和烟雾探测模块，分别采用YL-38火焰传感器和YL-15烟雾传感器。

2.4无线通信模块

无线通信模块采用E12-TTL无线串口模块，优势是低功耗，控制方式灵活，中心频率为433MHz，具有TTL电平的串口通信接口，支持波特率为1200-57600多达7种波特率。经过复杂的无线通信配置以及传输算法，通过TTL串口连接到设备，2个模块即可取代一条传统的串口线，传输距离远达450m，完全满足家用。

2.5客户端报警监控模块

客户端报警模块分为PC端和移动端。PC客户端使用Visual Basic编程语言编写，这使得平板移动端可以兼容使用，通过串口将Arduino处理过的传感器传回的数据进行分析并予以显示，用户可以得知当前家中的温度和湿度情况以及人体、火焰、烟雾警报，并且在警报响起后可以打开家中布置好的监控设备实时查看家中情况。而手机移动端使用JAVA语言编写，可以在搭载Android系统的移动电话上使用，同样可以通过无线网络或移动数据的方式实时获知家里的情况并且能够查看监控。

三、软件系统设计

3.1 Arduino IDE集成开发环境

Arduino具有类似于Java和C语言的IDE集成开发环境，其编程语言类似于C语言，用户可以通过USB接口直接进行编程和通信。

3.2算法简述

本设计中，客户端会实时显示当前卧室温度和湿度数据。当家中没有起火和无人入侵时，客户端的人体、火焰、烟雾警报不会亮起。

而当家中起火时，YL-38火焰传感器和YL-15烟雾传感器若同时传回警报，则判定为家中某处起火，此时客户端报警；而家中若有人入侵，大门的人体警报会先亮起。当用户收到警报时，可以选择打开监控来实时观察家中情况从而作出对策，达到防火防盗等目的。

3.3传感器处理程序

传感器处理程序的功能是在Arduino上运行的，将传感器采集到的数据进行集中处理后通过E12-TTL无线串口模块反馈给客户端分析显示。以如下部分代码为例：

void loop（）

{// 输出2表示传感器感应到某种状态，如火焰、烟雾或人体

// 输出1表示传感器没有感应到

chk = DHT.read22（DHT22_PIN）；

humValue = （char）（DHT.humidity + 0.5）；

msgstr[0] = humValue； //湿度算法

temperValue = （char）（DHT.temperature + 0.5）；

msgstr[1] = temperValue； //温度算法

irValue1 = digitalRead（IR1_DATA）；

if （irValue1 == HIGH） //人体警报算法

msgstr[2] = 2；

else

msgstr[2] = 1；

fire1DVal = digitalRead（FIRE1_DPIN）；

if （fire1DVal == HIGH） //火焰警报算法

msgstr[5] = 1；

else

msgstr[5] = 2；

smoke1DVal = digitalRead（SMOKE1_DPIN）；

if （smoke1DVal == HIGH） //烟雾警报算法

msgstr[7] = 1；

else

msgstr[7] = 2；

Serial.println（msgstr）；

Serial1.println（msgstr）；

delay（1000）；

}

四、试验结果

按照本方案设计的基于Arduino平台开发的智能家居系统能够完成温湿度探测、防火防盗及报警和实时监控等功能。但还存在着一些不足，例如对终端的反馈只能做到提供警报，不能智能控制，如可用灭火器控制火势等。对于存在的问题，可在终端增加设备，如加入增湿器和空调来控制温湿度等。

五、结语

本文设计的基于Arduino集成开发环境的智能家居系统，设计简单，成本较低，实时性好，在模拟家居环境中取得了预期实验结果，完成了智能家居防火防盗等基本功能，可广泛应用于智能家居等领域，市场前景广阔，具有很大经济效益。作为开源性互动软硬件开发平台，对于Arduino开发环境的广泛应用具有很好的参考价值。

智能环境设计范文第2篇

关键词：学习环境（PBLEs）；网站设计；心智技能

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2014）003-0168-03

作者简介：秦书荣（1987-），女，硕士，广东农工商职业技术学院艺术系实验员，研究方向为网站建设、三维动画设计、影视后期制作；李新（1981-），男，广东农工商职业技术学院艺术系讲师，研究方向为影视后期制作、新媒体艺术设计、美术学。

0 引言

为了回答“高职高专院校在网页设计课程的教学中，如何使学生具备旨在适用的网页设计心智技能”这一问题，研究者不约而同地聚焦基于问题的学习环境（PBLEs）这一关键词，并普遍认同，问题的解决是在职业技能培养过程中广泛采用的学习活动方式。从实践层面出发，学生网页设计心智技能习得的成败与基于问题的学习环境设计密切相关。同时，谈及学习环境的设计，无疑需要关注认知心理学领域心智技能培养的理论研究。毕竟，只有依据人的心理工作方式设计的学习环境才能促使学生进行有意义的学习[1]。

本文将从培养“网页设计师”这一视角，关注学生网页设计心智技能的形成，着力为网页设计课程引入认知心理学领域的心智技能培养研究结论，并依托案例，论述如何将心智技能研究合理有效地应用到基于问题的学习环境设计中，从而促进学生适用的职业技能形成。

1 网页设计心智技能与基于问题的学习环境

1.1 网页设计心智技能

借鉴我国教育心理学家冯忠良教授关于心智技能的观点，可将网页设计心智技能视为在网站构思、设计、制作过程中通过有目的、有计划的学习或练习而形成的，用以调节和控制解读分析客户需求、构思网站的局部与整体、设计网页各部分要素及制作与整合网站各部分的一系列合乎网页设计规则的思维、方法和经验。

1.2 基于问题的学习环境

戴维·H·乔纳森将基于问题的学习环境（PBLEs）描述为“以问题解决为核心，相关案例、信息资源、认知工具、会话或协作工具及社会或境脉五要素为支撑的学习环境，其最主要的特征就是为学生提供脚手架支持的问题来驱动学生开展问题解决的学习活动[2]。

根据Merrill的观点，“有效教学就是‘问题为中心’的教学”[3]。上述两个关键词之间存在相辅相承的关系。一方面，心智技能研究结论将为基于问题的网页设计学习环境提供认知心理学的理论依据；另一方面，基于问题的学习是网页设计心智技能培养实践活动中广泛采用的方式。

2 心智技能三阶段理论对网页设计心智技能形成的启示

冯忠良教授认为，心智技能形成需要经过原型定向、原型操作及原型内化3个基本阶段。所谓原型，可以理解为外化的心智活动的实践模式[4]。本研究认为，网页设计心智技能的形成同样要经历上述3个阶段。而“原型”作为贯穿心智技能形成的核心，其建构意义重大。本文的先期研究在对已经具备了网页设计心智技能的熟手问卷调查基础上，利用“心理模拟法”创拟了“网页设计活动原型”，如图1所示， 本研究将讨论如何利用该原型展开三阶段的培养。

对学生而言，网页设计活动的原型定向往往需要教师的示范和讲解，那么教师首先应该使学生明确网页设计活动原型的结构、各个环节的操作原则及必要性并利用脚手架支持的问题来驱动启发学生的主动性和自觉性；然后按照原型正确示范和讲解完成某一网站建设任务的完整过程。这里需要强调的是，教师需要将原型中每一个心智动作详细展开。原型定向阶段的教学，只是网页设计活动心智技能教学的开端，要使学生真正形成心智技能，还需要进行实际操作。

学生利用上述在定向阶段形成的原型，亲自从事某一网页设计活动，将在头脑中建立起来的活动程序计划以外显的方式付诸执行。在这个阶段，应该借助脚手架支持问题来驱动学生利用原型，把构成这一活动的所有动作系列，依照一定的顺序作出不能遗漏和缺失，教师可以提出以下要求：①要根据“原型“严格遵循动作序列逐一执行，及时检查和矫正动作的执行情况；②学生在实践模式的每个环节提交一些阶段性材料或者记录一些完成过程来保证是按照实践模式的步骤完成任务的；③建议学生将动作执行和言语相结合，边说边做。

网页设计心智技能的原型内化阶段是将上述实践模式向头脑内部转化的过程，表现为学生从事网站建设任务时可以离开实践模式，借助语言指导来完成。学生只有在多种不同的实践条件下反复进行网站建设的具体活动，才能不断从原型中抽取本质的东西，最后形成普遍适用于不同实践条件的原型（心智技能），只有到这一步心智技能才算真正形成。

3 一个充分体现心智技能三阶段理论的PBLEs设计

在网页心智技能培养三阶段理论的指导下，学习环境设计比较合理的安排是：首先依托一个充分体现原型的范例讲解和操作，完成活动原型中蕴含的相关知识和操作流程的讲解，初步形成“原型定向”。这一阶段教师应该关注脚手架支持的问题设计。然后，实施基于项目的学习，指导学生利用课后时间自主完成几项网站建设的综合任务，将原型进行操作和内化，最终使学生具备网页设计心智技能。下面就从“原型定向”阶段PBLEs设计最关注的脚手架支持问题展开叙述。

在“原型定向”阶段，教师需要提取“网页设计活动基本原型（如图1）”中的4个核心环节，然后把这4个核心环节中蕴含的相关知识和操作流程设计成脚手架支持的问题，继而通过教师逐步示范和讲解一系列问题的解决过程，完成网页设计活动的定向。例如，附件网页设计活动原型定向阶段PBLEs设计方案中，对应“网站方案设计环节”的学习内容，将其转化成9个具体的脚手架问题。它们分别对应网站建设过程中“需求分析”、“系统分析”、“风格设计”、“UI版面初步布局”、“色彩定位”及“网站建设日程规划”等重要学习内容。这些脚手架支持的问题是以完成“网站方案设计”这一环节为驱动力而提出的，将引发和维持学生在该学习阶段中的学习兴趣和动机，引导他们带着明确的问题与目标，模仿教师的示范行为，开展真实的问题解决过程。在脚手架支持的问题设计方面，教师需要依据学生能力临近发展水平，问题难度要居于该临近发展区内，这样学生就可以调动己有的网页设计基础知识及操作技能等认知经验来解决当前面临的脚手架问题。

网页设计活动是一个渐进过程，脚手架支持的问题是依照这个渐进过程的发展顺序提出的，难度一般是逐级升高。因此，在设计这些脚手架支持的问题时，还需要注意合理安排难点和重点、考虑子任务的大小、所需知识技能含量、相关影响因素等多个方面。根据问题的难度，我们提供了支持指导、相关案例、辅助资料等，并创设必要的实践条件，使问题解决具有操作性。这一阶段，还要求教师关注各个问题解决的策略选择和转换的讲解、示范及独立、协作及竞争等组织策略的合理运用。而学生则以教师演示的优秀范例为榜样，利用大量的相关案例、信息资源、认知工具、协作工具及境脉等展开原型的定向学习。事实上，教师演示如何根据客户要求完成网站建设任务的过程就充分体现了网页设计活动原型的范例，这将给予学生解决问题的逻辑结构和方法过程，它包含了一种内在的逻辑，为学生提供了支架，通过对范例的学习，学生可以模仿其中的路径和方法，从而完成原型的定向。

在原型的操作阶段，比较适合采用基于项目的学习方式，即教师布置几个不同的网站建设任务，以完成作品为驱动，通过一系列脚手架支持的问题来引导学生利用上一阶段获得的网页设计活动原型完成网站建设。这一阶段要求学生依照一定的顺序，不能遗漏和缺失地作出原型定向中的所有动作系列。该阶段的重点在于任务的设计，我们设计了以“个人网站”、“品牌推广网站”及“公司企业网站”为主题的具体项目。这3个项目的难度逐级升高，有一定的挑战性。教师还需要提供支持指导和辅助材料，并创设必要的实践条件，使任务具有可操作性，这样，学习者就能够在实践中掌握问题解决技能和方法。

在原型内化阶段，学生所从事的网站建设任务是可以离开实践模式的。教师需要为学生提供在多种不同的实践条件下反复进行网站建设活动的机会。例如，我们设计了以“小组为团队”，为本学院设计制作一个学院网站这一具体任务，期望学生通过不同的实践过程，不断的从操作原型中抽取更本质的东西，最后形成普遍适用于不同实践条件的心智技能。

案例：网页设计活动原型定向阶段的脚手架支持问题设计。

客户要求：XX化妆品公司预借助互联网塑造良好的企业和产品形象，提高品牌知名度、美誉度和特色度。针对这这次品牌推广，我公司公开竞标，请有合作意向的设计团队于本月底之前提交设计方案及网站一稿，我方将从提交的方案和初稿中挑选出最满意的设计，并与其设计团队正式签约，预付30%的定金。同时，我们将提供企业LOGO、广告语、企业品牌发展历史、品牌产品的图片，推广活动视频等资料。

学习目的：学生通过观察、模仿学习教师是如何根据客户要求完成网站建设任务的完整过程。

脚手架支持的问题设计：

（1）网站方案设计环节的学习。

脚手架支持的问题：

①接到企业网站建设任务后，作为网页设计师的我们首先要作什么？

②如何与客户沟通，提取与网站任务相关的关键词，解读网站主题，分析市场前景？

③从哪些方面分析目标用户群体特征？

④如何结合网站主题、目标用户群体特征、企业机构已有VI色彩特征、客户提供的原始素材等确定网站的主色？

⑤鉴于主色，如何依据色彩设计原则（互补色，分裂互补三色组，类似色搭配原则等），确定网站整体的色彩定位？

⑥如何根据网站主题和信息量大小，结合布局特征，选择适用的UI版面布局？

⑦结合客户的要求及公司或机构的性质，如何对网站的功能模块进行规划设计，绘制出网站层次结构图，描述各功能模块及作用？

⑧如何展开网站的风格设计？你了解常用的网站风格设计原则吗？

⑨结合上述分析，如何撰写网站设计方案？

（2）主要页面效果的设计与制作环节的学习。

脚手架支持的问题：

①根据网站设计方案中确定的页面尺寸，色彩定位，UI版面布局设计，风格设计，功能模块设计等信息，利用“PhotoShop”完成页面效果图设计的步骤和方法是什么？

②利用“Firework”制作网页切片的技巧和原则是什么？

（3）基于Htnl+CSS技术的网页基本制作环节的学习。

脚手架支持的问题：

专家熟手利用html+CSS技术制作网页有什么技巧？在制作过程可能遇到什么样的难题，该如何应对？

（4）网页动画效果设计与制作环节的学习。

脚手架支持的问题：

①如何利用JavaScript或Flash技术炫动你的网页？给页面添加动画的时候有什么需要注意的地方？

②完整的较为准确的三维动画建模创作流程是怎样的？

③三维动画建模活动中，“创意构思”、“模型设计”及“模型制作”这3个关键环节的目的、过程及阶段性成果分别是什么？

任务活动：结合自己的建模经验说明三维动画建模活动的完整流程，然后小组交流。

问题思考：①如何进行创意构思？②如何进行模型设计？③如何进行模型制作？

任务活动：①仔细聆听教师的范例讲解，然后借助因特网资料展开品牌场景的创意构思、设计与制作的活动，创建场景模型形成阶段性成果和建模作品；②交流和评价其他人的作品，通过竞争选出3个最优秀的场景模型。

范例讲解：展示了完成企业品牌场景任务的建模过程（审题、构思、设计、制作）。

4 结语

PBLEs作为网页设计心智技能形成的关键，应该广泛引起教学实践者的关注。基于问题的学习始终应该在构建一个有意义的、真实的任务情境下，提供给学习者一系列基于案例的脚手架支持的问题，继而通过专家熟练的示范让学生明确完成任务的思维过程和问题求解的方法。在这样的学习环境中，教师承担着教练或导师的角色，需要促进学习者进行社会协商，并同步或异步的给予协助和指导。另外，后续研究应该关注学生网页设计活动原型的内化，比较适合采用基于项目的学习。该学习过程是拟真的、映射真实世界的生产活动，依照学习者的自我想法和方式来完成建站任务。只有经过这样的完整训练，学生才能真正形成网页设计心智技能，从而满足业界对网站前端设计人才的职业技能需求。

参考文献：

[1] 高文.学会用技术解决问题—一个建构主义者的视角[M].北京：教育科学出版社.2007：5-14.

[2] DAVID H JONASSEN， DEMEI SHEN， ROSE M MARRA， et al .Engaging and Supporting Problem Solving in Engineering EthicsDavid[J].Journal of Engineering Education， Washington， 2009，98（3）.

[3] 祝智庭，顾小清.教学设计和技术的趋势与问题[M].第2版.华东师范大学出版社，2002：91.

[4] 冯忠良.结构化与定向化教学心理学原理[M]. 北京：北京师范大学出版社，1998： 29.

[5] 秦书荣，李冬睿，梁仲佳.网页设计活动原型构建研究[J].软件导刊，2013（9）：144.

Research on the Mental Skills of Web Designing Under PBLEs

智能环境设计范文第3篇

关键词：Agent；Web Service；学习环境；学习者模型

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)24-1327-03

A Design and Implementationof the Intelligent Learning Environment Based on Multi-agent

YIN Hui

(Jiangsu Yunhe Junior College, Yunhe 223100, China)

Abstract: Traditional intelligent learning environment as only one learner model to meet user personalized learning needs, For this reason this paper,puts up a Multi-Agent-based intelligent learning environment, the learning environment and makes a discussion on the architecture, and the client leaner model, the server learner model and their interaction between the models are also specifically described.

Key words: Agent; Web service;learning environment;learner model

1 引言

随着网络的日益普及和网络可以为教育带来许多优点，使计算机辅助学习朝着基于网络的学习方向发展。现在我们可以随时随地通过网络利用计算机进行学习。但是，决大多数基于网络的教育应用软件是用静态的、一般的方法对学习者进行辅导，并没有考虑到使用该应用软件时学习者个性化需要。另一方面，有的教育软件技术在个性化辅导方面取得了显著的效益。如作为教育技术的智能学习环境和智能辅导系统，根据学习者模型在履行着个性化的教学任务[1]。传统的智能学习环境作为独立的应用程序在每个用户计算机上进行运行，而且这些智能学习环境是基于存储在本地用户计算机上的学习者模型工作的。为此，我们也开发了基于Multi-Agent的智能学习环境。它的操作方法是基于Web Services，需要明确的是Web Services是一个自含式的、有标准组件的应用程序，它可以提供任何人要求的一系列功能。Web Services的主要特征是它可以使用诸如WSDL (Web Service Definition Language), SOAP (Simple Object Access Protocol) and UDDI (Universal Description, Discovery and Integration)等网络标准与应用程序进行交互，并且可以调用它们[2]。

2 体系结构

基于Multi-Agent的智能学习环境是一个基于Multi-Agent的体系结构，它由一组能够自治或半自治的Agent组成，他们可以共同相互作用或工作来从事某项任务或达到某个目标。其体系结构由短期学习者模型Agent、长期学习者模型Agent、建议Agent、辅导Agent和语音驱动Agent等五个Agent组成。具体的体系结构如图1所示。这些Agent共同监视学习者，并且在认为必要的时候提供个性化的建议和辅导。所有的这些Agent在本地用户计算机上工作，仅仅长期学习者模型Agent负责与Web 服务器交互。

图1基于Multi-Agent的智能学习环境的体系结构

1) 短期学习者模型Agent：每次学习者发出一个命令，客户端短期学习模型Agent就会推理学习者目标所期望的要求、获取学习者的认知状态与特点、鉴别可能的误解。这个分析机是基于一个有限制目标的识别机制和人类模糊推理理论。短期学习者模型Agent应用人们模糊推理理论的原理去搜索类似的可供选择的行为去代替学习者已经的有问题的行为。一旦可供选择的行为产生，就会被发给建议Agent，建议Agent就会负责选择学习者倾向的行为。

2) 辅导Agent与建议Agent：如果短期学习者模型Agent认为学习者的误解是由于学习者知识缺乏引起的，它就会把这个信息通知辅导Agent。辅导Agent负责编制适应性课程对学习者进行辅导。这时建议Agent和辅导Agent就会从短期学习者模型得到关于学习者的信息，这样做的目的是使建议或课程能够适应每个学习者的需要和兴趣。

3) 语音驱动Agent：建议Agent和辅导Agent向位于客户端的语音驱动Agent发送他们的结果。语音驱动Agent负责使用统一并且易于访问的方式去呈现信息。为了使人机间交互更加自然和愉快，语音驱动Agent还会把把系统的建议呈现给学习者。这些特征提供了一个令人愉快的和有情感的功能，这对于使用计算机应用程序的新手来说降低了门槛。此外这些特征通过激发学习者还改善了系统的效率。语音驱动Agent全权负责与学习者之间的通信，包括学习者疑问的收集以及当学习者被诊断处于一个有问题的情境时，系统对学习者建议的陈述等等。

4) 长期学习者模型Agent：只要短期学习者模型Agent获取了学习者与系统交互的信息，就会把这个信息发送给长期学习者模型Agent。一般的，长期学习者模型Agent维持和管理学习者概况、在认为必要的时候给短期学习者模型提供相关的信息。此外，为了维持和更新存储在学习者模型上的信息，长期学习者模型Agent负责与Web Service端学习者模型服务器进行交互。

3 客户端与服务器端学习者模型之间的交互

基于Multi-Agent的智能学习环境为每个学习者建立两个分开的学习者模型，一个位于本地计算机上，一个位于服务器上。每次用户使用该学习环境，系统就会检查用户计算机是否与internet相连接，如果没有连接，系统就会以独立的应用程序在本地学习者模型上运行。长期学习者模型Agent就负责查找学习者与系统交互的学习者模型。如果长期学习者模型找到了学习者模型，人机交互开始正常运行。每次学习者了一个新的命令本地学习者模型就会更新。如果学习者模型并不存在于Web Service端学习者模型服务器上，长期学习者模型负责查找是否学习者在离线的情况下使用某一计算机与系统进行交互。如果长期学习者模型不能够找到关于这个学习者的任何信息。它就会在本地初始化学习者模型。无论如何，长期学习者模型Agent都将把学习者信息发送给Web Service。Web Service将利用本地学习者模型的信息创建一个新的学习者模型。

如果学习者与应用程序进行在线交互，并且学习者模型存在于服务器上，长期学习者模型Agent就负责查找是否存在一个本地学习者模型。如果在本地计算机上没有任何可以利用学习者信息，长期学习者模型Agent负责从服务器上复制一个学习者模型到学习者计算机的硬盘上。否则，长期学习者模型Agent就承担着用最新的信息更新学习者模型的任务。

只要学习者模型数据更新完成，用户与系统的交互就正常开始。这个过程在学习者退出时候就重复（假设学习者一直在线），这样便于服务器用最新获得的信息更新学习者模型。

4 客户端学习者模型

每次学习者与基于Multi-Agent的智能学习环境交互，短期学习者模型Agent就收集用户新信息进而更新本地计算机上的学习者模型。如果短期学习者模型Agent不能查找到某个学习者学习模型，它就会用固定的模式初始化学习者模型。

在基于Multi-Agent的智能学习环境中，系统根据用户的知识水平、姓名、是否为新手或专家等信息将把用户分为三类中的一类。这样的分类由于能使系统对属于某一组的用户通常的错误、误解等有一个最初的观点，因而被认为是十分重要的。例如：新手通常倾向于由于不正确的命令选择或不正确的命令执行而犯错误，而专家由于通常由于粗心出现错误。

固定的模式作为一种工具去模仿系统的用户可能有的信息与参数选择。使用固定模式的主要理由是他们能够提供一套对用户非常有用的默认假设。默认假设的出现对于模仿许多用户方面被证实是非常有效的。但是这种方法同时也有问题，例如：没有考虑到同一组学习者可能有相同的行为，每一个人是一个个体，其在许多方面都有别于其他人。因此固定模式应该仅仅用于初始化学习者模型，这样基于Multi-Agent的智能学习环境保留着每组用户模型的一个库，每次只要一个新的用户与系统交互，长期用户模型就鉴别这个用户属于哪一类。

对于每一次新的交互，短期学习者模型Agent就会使用时间戳在学习者模型上创建一个新的记录，这样每一次记录都有交互的数据与时间。通过这种方式可以使每一次交互有别于所有其他的交互。短期学习者模型和Web 服务器能够很容易地鉴别哪些本地学习者模型没有包括在服务器的学习者模型内。而且学习者模型的每一次注册都保留着一个标记去通知短期学习者模型Agent是否这次交互包括在服务器上学习者模型内。只要学习者完成了与系统的交互，短期学习者模型Agent就负责与网络服务器交互，从而更新服务器上学习者模型。

5 服务器端学习者模型

客户端与Web Service上的学习者模型之间的通信通过Web Services协议进行，图2总结了Web Services的操作以及其与客户端Agent之间的交互。

长期学习者模型Agent发出一个包含某个学习者模型的命令给Web Service上的学习者模型。为了鉴别用户，这个命令通常包含用户姓名、口令（用户与客户端应用程序在以前交互时使用的）。通信模块每次都要重新获取与处理这样的命令。通常通信模块处理所有Web Services信息（包括鉴别请求、更新请求、创建请求、删除请求）并且负责用XML格式化响应，然后发送给客户端应用程序。

图2 服务器端学习者模型的体系结构

此外，学习者模型模块评价发送给Web Service上的学习者模型的信息。例如：服务器端的长期学习者模型有关于学习者充足信息，但是发送给Web Service上的学习者模型的信息是属于学习者固定模式的信息，那么这个信息就会被拒绝。这是因为固定模式的信息仅仅用于初始化学习者模型。这样当固定模式的信息来自本地的学习者模型，而在服务器上有充分的学习者信息，这将意味着计算机与服务器之间通讯失败，基于Multi-Agent的智能学习环境作为一个独立的应用程序已经运行。在这个操作过程中，因为系统在本地没有发现学习者模型，很可能创建了一个新的初始的学习者模型。

这一点上面已经提到，客户端长期学习者模型Agent负责学习者模型维护、创建用户与学习环境交互时学习者模型新记录。然而这样一个如此详细的学习者模型对于Web Service与长期学习者模型来说需要相当大的存储空间与时间。为了克服这个困难，学习者模型被分为两个部分：第一部分包含着学习者的概括性信息（三个月前的信息），第二部分包含着学习者与学习环境交互时具体的信息（最近三个月的信息）。数据库模块负责学习者模型记录之间的连接。每天数据库模块从学习者模型的第二部分上删除三个月前的记录，并把它们整合到第一部分。

6 结束语

本文描述了一个旨在帮助用户学习的基于Multi-Agent的智能学习环境。该学习环境与传统智能学习环境不同之处在于它为每个用户分别在客户端与服务器端建立了一个学习者模型，而且二者之间还可以通过Web Services协议进行交互。系统指派了一个短期学习者模型Agent去监视用户，如果发现用户处于有问题的情境，系统就会诊断问题的原因，并且提供合适的建议。可以说每个用户能够受益于系统的建议和适应性辅导，同时这种学习的适应性还取决于学习者以前的知识、能力和需要等。

参考文献：

[1] Kabassi K,Virvou M. Using Web Services for Personalised Web-based Learning[J]. Educational Technology &Society,2007,21(2):245-264.

智能环境设计范文第4篇

[关键词]arm；智能仪表；嵌入式系统；stm32f103rc

中图分类号：tp316 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）16-0018-01

一、系统需求分析

作为智能仪表系统的核心部件，嵌入式微处理器需要具备以下特点：

首先可以支持多任务操作系统，为缩短操作系统与应用程序的执行时间，提高系统的运行效率，其还要具备高精度时钟与实时中断响应时间；其次，具备较强的数据存储管理与保护能力，在进行系统设计时，需要对其内核软件结构进行模块化处理，只有保证了系统的数据存储管理能力与保护能力，才能防止软件进程之间发生不合法互相访问；再次，要求系统具备较好的可扩展性；最后，要求嵌入式微处理器的功耗要足够低，尤其是针对一些无线移动监控系统或者通信嵌入式系统，由于其依靠电池供电，因此要求其功耗尽量达到mw级。

此外，由于智能仪表系统必须通过外部交互实现数据的采集以及控制信号的输出，因此微处理器的接口必须满足下列要求：

首先其内部具备高速a/d、d/a模块，便于与高速、高精度的a/d、d/a模块正常外接；其次，具备较高的数据处理速度，且操作系统的运行速度也要保证，可以保证有效的多级外部中断与精确定时中断；再次，可以连接网络芯片进行多任务的处理；最后，具备丰富的接口资源。经过上述分析，本文选择智能仪表系统中应用较为广泛的arm系列处理器进行系统设计。

二、系统设计方案

本设计方案包括四大功能模块，即现场数据采集模块、数据处理模块、can总线控制器以及数据输出模块，主控芯片选择arm系列的stm32f103rc，内嵌于can总线控制器；电路包括：8路模拟量与4路数字量输入部分以及4路模拟量与2路数字量输出部分，还包括can控制器模块与上位机的通信部分。具体结构如下图1所示：

系统可以将应用现场的数据及时传输至传感器及执行器，实现与上位机的信息通信，上位机再对现场进行监控。为保证智能仪表系统的通用性，不管是输出还是输出，均兼容模拟量与数字量，并且保证了足够的输出点与输出点，即使后续系统扩展增设其它的检测点或者执行点，无需更换智能仪表即可实现，大大提高了系统的应用范围，节省了系统的投资成本。

（一）主模块的设计与实现

1、主控制器stm32f103rc

stm32f103rc是基于cortex-m3核的微控制器，但是其在设备方面有所扩展，提高了设备的性能。由于arm cortex-m3与哈佛微体系结构与系统外设相结合，而哈佛微体系是执行thumb-2指令的32位结构，因此其主频可达72mhz，运行速度可以得到充分保证；并且其中央处理器使用了最小门数，缩小了芯片面积，相应的装置的体积也有所减少，工艺成本更加低廉；内置高达1 2 8 k 字节的闪存和2 0 k 字节的sram高速存储器，具备丰富的增强i/o端口，并且外设与两条apb总线连接在一起，其它还包含标准的通信接口。由此可见，该款处理器具备较高的集成度，电路得到有效减化，在降低系统成本的基础上提高其可靠性。

2、数据采集模块

本系统数据采集模块共包括8个模拟量采集点，当现场传感器将诸如电压信号或电流信号等模拟信号输入系统时，片上内嵌的adc会对信号进行转换处理，微处理器所接收到的即为可识别的数字信号；针对一些系统无法准确识别的信号，比如过流或者浪涌等，则要在信号转换之有进行电路调理，把待测信号转换为标准信号供采集设备准确识别，然后采取放大、过滤、线性补偿、隔离以及保护等各项措施，再送至a/d转换器。stm32f103rc芯片共有两个a/d转换模块，均为12位的逐次逼近型的模拟数字转换器，其具备18个通道，分别可以测量16个外部信号源与2个内部信号源，准确采集到标准信号，并对其进行调整，实现实时控制。此外，在数据采集模块还包括4个数字量采集点，其所采集到的诸如开关状态等数字量信息可以直接传输给处理器；不过需要对光电隔离电路做进一步的扩展，提高其抗干扰

，防止受到现场噪声污染；采用与负载守全隔离的pc844光电耦合器件，提高系统的安全性。

3、数据输出模块

由于现场执行器对信号识别的种类存在差异，有些是模拟量，有些则是数字量，因此输出部门特设计4路模拟输出与2路数字输出，现场执行器所接收到的控制量信息均是经过处理器控制运算的，以提高该智能仪表系统的通用性。主控制芯片内嵌dac以满足模拟输出部分的功能需要，并增设v/i转换器，将电压输出信号转换为电流输出信号，防止信号在长距离传输过程中发生衰减的现象；对于数字信号的输出，则把二进制1或0直接输出至执行器前，采用光电隔离的措施抑制其它干扰；采用达林顿管提高数字输出口的驱动能力，增强其功率输出。

4、can控制器模块

通常单片机在连接can总线时，按照传统的方法是先把中央处理器连接在总线控制器与总线收发器上，然后再接入总线网络，这种连接方法无形中增加了中央处理器电路的复杂程度，导致对系统产生影响的客观因素增多。针对该问题，本设计采用了在芯片上集成can控制器的stm32f103rc，不仅提高了系统的可靠性，而且降低了系统设计成本。can控制器包括三个发送邮箱，其主要作用是为软件发送报文提供途径，邮箱报文发送的优先等级是由发送调度器来决定的。每个邮箱设置2个接受fifo，而每个fifo均可以存放三个完整的报文；此外，本设计收发器选择的是高速芯片ctm8251 can收发器，其自带隔离功能。

三、系统实验

本系统基于arm系列的stm32f103rc芯片，有用模块化的方案设计出一种智能仪表系统，其具备工业现场的数据采集、数据处理以及数据输出等功能，并且可以实现can控制器与上位机的通信。系统设计兼顾了模拟量与数字量，预留足够的点数余量，以满足系统通用性的要求；所选择的stm32f103rc具有高度集成的特点，因此可以对系统的附加电路起到有效的简化作用，提高系统的可靠性，并且进一步降低系统成本。在调试过程中借助串口调试助手软件，在有匹配电阻的情况下，进行单个节点即c a n 口的接受和发送调试。如发送的11、22、33、44、55、66、77、88，当然程序里要在数据前加0x，则可以接收到11、22、33、44、55、66、77、 88。从实验结果可知，本系统基本可以实现预期的目标功能。

参考文献

[1] 石磊.can总线在智能仪表中的应用[d].大连：大连海事大学，2009

[2] 吴金国.基于can总线的智能仪表的研究[d].上海：东华大学，2010

[3] 杨馄.基于can总线的智能检测系统的研究[d].陕西：西安科技大学，2008

[4] 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计[m].北京：北京航空航天大学出版社，2009

智能环境设计范文第5篇

[关键词]智能化 产品设计 厨房家电 交互

中图分类号：TM925.02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0159-01

1 智能化技术概述

在现代范畴中智能（intelligentize）是作为智慧和能力的统称。智能化是指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用。[1]人工智能描述了机器的一种能力，它可以执行某些与人的智能有关的复杂功能。[2]所以，智能化技术在机器上的应用关系到两方面的重要内容：界面的真正互动，以及人的认知心理。对于界面，设计者需要解决：内容的组织、路径设定、互动体验等问题，涉及视觉美学、操作实效、用户体验等方面，而就“在用户体验”这个很难一言以蔽之的领域[3]来说，认知心理学将是重要的救星。而在认知心理学中，用户的思维模型，任务模型，以及知觉等将是重点了解的内容。这两方面内容的了解对于将智能化技术应用到未来厨房产品的设计是至关重要的。

2 厨房家电产品智能化的发展特性

网络化、信息化、智能化是未来家电产品的发展方向。未来厨房家电的智能化将综合应用先进的自动化、数字化、计算机以及网络通信技术。这也推动厨房家电发展特性的重大转换：由传统研究“物的形式”转向围绕“人的生活与体验”智能化、整体化的设计研究。以家庭生活情景研究为基础，以目标消费人群生活潜在需求为原点，展现出智能高效，舒适安全，环保互动等需求愿望，反映出社会发展时期人们生活水平和生活形态的设计新趋势。它们能够实现健康感知，智能提醒，智能识别，无线互联，控制集成等功能；同时，它们具备能动的逻辑程序，感知思维（学习）能力、准确判断、有效执行的能力，能够被人“任意”控制，并高效完美地帮助人们处理生活问题。

4 智能化技术应用于厨房家电产品的设计原则

智能化技术应用于厨房家电产品中的一个设计大原则就是整体性。它设计的关键契入点在于“人―机―环境―信息”多重互动关系的和谐度[6]，而不在于“智能化”的先进性、空间中的覆盖广度与深度。智能家电产品不仅要与家庭的整体环境相协调，有较强的实用性，还要简化家庭的功能，有更好的表现性能。基于以上趋势和要求，本文提出了智能家电产品设计的一般原则，以指导智能家电产品的设计，

让更多的用户尽可能享受其带来的乐趣和便捷，使设计发挥出最大的效能。

4.1 安全经济

设计时应考虑到不同人群的使用习惯和身体心理特征，将各种可能的安全隐患全面考虑进去，尽量降低错误操作带来的危险，保证用户在使用时不会受到伤害。因此，我们在设计中要遵循结构设计安全合理，符合人类使用习惯；选用更先进的安全环保材料；能发出危险警告；操作符合人机工学的原则。

不同消费者的经济能力各异，智能家电产品作为现代家庭的必备生活工具，应尽可能满足更多种地消费者，其设计过程中也应考虑到耐用性、价位和保养维修等经济因素。

4.2 环境友好

产品依附于环境而存在，不同的产品具有不同的使用环境，环境友好是指产品的造型、色彩、材质、声音等因素在设计中要注意与环境适应。家电的使用环境主要是家庭，因此，家电的设计要考虑到产品与家庭环境是否具有适应性。设计师在设计家电类产品应应充分考虑使用的空间环境，注意尺寸问题。

4.3 简洁易用

便利性的设计原则重要性在于它能够让厨房家电产品快速有效地适应现如今人们愈发快节奏的生活。“智能化”能够在厨房家电产品中为消费者提供一个好的概念模式：人们不需要了解物品的物理和化学原理，只需要通过产品简单的操作或语音提示，系统接收到指令后就会自动实施复杂的行为，实现最终结果。在这一过程中，为实现厨房产品使用的便利性，设计者需要为用户提供良好的可视性，操作的自然匹配以及操作后良好的信息反馈来达到这一设计目的。[7]

4.4 舒适愉悦

产品使用的舒适性折射出用户的一种生活状态。这一原则针对传统厨房会产生刺鼻的油烟、繁杂的噪音以及整体环境是闷热的现状而提出，为了实现社交烹饪、清新空气的优良环境，在运用智能化技术，依据人们生活的习惯，“以人为本”细致关注人们生活中的“无声的需求”，促成我们设计的厨房产品做到用户日用而不知。

“愉悦化”让用户与厨房家电在使用的过程中产生互动，使产品串联起用户生活的点滴。这种互动的“愉悦感”革新用户的传统观念；满足用户的生理和心理需求；综合考虑了用户的情感诉求，如思想、习惯、文化和环境对于产品设计的影响；体现于视觉、触觉等一系列感官的综合用户体验之上。

5 智能化技术在未来厨房家电产品设计中的建议

现如今随着人们生活节奏的愈发加快，人们对住家环境及居住品质要求的提高，家用电器智能化将成为未来家电发展的主要趋势之一。智能化技术让厨房家电产品功能更加完善，便于操作，同时实现了整体、高效、美观。正因如此，厨房走向智能化反映出消费的需求，也是大时展的必然结果。以下是对于智能化在未来厨房家电设计中的建议：

1 在现实生活中收集并整理相关用户对于厨房家电产品设计的报告数据，从用户内心真实感受和需求出发，深入探索挖掘出切实满足消费者需求的产品。

2 实现交互方式的多样化，将出现生物反馈交互、情景感知交互、眼球追踪交互等形式。

3 追求产品无意识的使用。要使得消费者更加自然地使用智能化的厨房产品，不仅要求在技术上有突破，更要在设计中体现宜人性。

6 结语

伴随着不断发展的信息技术与网络技术，未来工业设计中将会不断融入网络化，智能化，数字信息应用（APP）等功能与技术，所有的工业产品都有可能拥有一个芯片式的大脑，[8]可以自主地执行各种任务。智能化技术将使得未来的产品更加便捷，高效，节能，增强“人”-“机”-“环境”-“信息”多者的有效交流互动。总而言之，我们希望在未来的厨房家电产品设计中，既要合理有效地运用智能化技术，同时又能保有我们自身独有的文化和悠久记忆。

参考文献

[1] 魏丽芳.智能家电的亲和性设计研究[J].江南大学硕士学位论文.2008.6

[2] 李乐山.工业设计思想基础[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.11：169

[3] 杭间.中国设计的基本问题――设计道[M].重庆：重庆大学出版社，2009.1：295