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HMI

溫控器創新設計探討【Nest溫控器測評】

  2019年08月12日  

一、引言

  作為一家硬件公司,Nest經過短短幾年的發展就被谷歌以32億美金收購,Nest的故事在智能家居行業稱得上是傳奇了。如同iPhone在手機市場所做的一樣,通過打造一款方便使用又賞心悅目的產品來顛覆一個所謂的成熟市場,Nest的做法如同MBA教科書一般經典。

  有人說,這是又一個通過創新交互設計顛覆行業的例證。那么,我們來一起看看到底是什么樣的交互設計能值32億美金呢?

二、功能分析

  2.1交互設計

  Nest以其出色的工業設計而被視為行業標桿。Nest的創始人是Tony Fadell,在蘋果公司時號稱iPod之父。Nest公司在工業設計上保持了較高水準。

  我們首先來看Nest在UI設計上的亮點。

  2.1.1交互方式

  Nest的交互方式極為簡潔,可以視為“一個按鍵+一個旋鈕”:整個恒溫器可視為一個機械按鍵,可在任意位置按壓實現“按鍵”操作。環形金屬邊框可順時針、逆時針旋轉。所以,整個操作簡化到只有三種,順時針旋轉、逆時針旋轉、按壓。其實,這個設計和iPod所用的Click Wheel在交互上一脈相承。

  Nest恒溫器

  iPod Click Wheel

  根據其市場定位來看,不加觸摸屏肯定不是基于成本考慮。經分析,主要是基于兩點:

  (1) 工業設計風格的要求:

  Tony Fadell在蘋果期間,iPod產品就一直未加入觸摸屏,在他離開后倒是很快取消了click wheel,改為全觸摸。無觸摸屏是其設計風格的體現,即簡化用戶操作,提高UI交互體驗感。

  (2) 較小屏幕尺寸不適合觸摸交互:

  第三代Nest選用的是天馬480*480的2.1寸屏,屏幕尺寸較小,按鍵圖標同樣也只能做小。所以使用電容觸摸屏帶來交互體驗提升的話,效果大打折扣。另外,弧形前蓋板的電容屏靈敏度調節,穩定性也是一個技術難點。

  2.1.2 UI風格

  與簡單的控制方式相匹配,Nest的整體UI風格也非常簡潔,表現在以下幾方面:

  ● 配色:Nest在所有的界面中,除黑白兩色之外,顏色不超過兩種。

  ● 背景:所有界面中未使用一張背景圖片,所有界面中均為純色背景。

  ● 圖標形狀:與其圓形屏幕相適應,設置界面和主界面圖標均為圓形和環形。其他功能圖標的整體風格也保持了簡潔的設計,所有圖標顏色不超過亮色,且均未使用漸變色。

  A、主界面

  相較傳統的溫控器,Nest在應用彩屏后并未一味地增加功能和顯示元素,反而在主界面做了很多減法,只保留了實時溫度、設定溫度、工作模式。

  同時,Nest在主界面上有三點非常值得借鑒:

  (1) 圓形刻度盤:

  與金屬環設計相匹配,用戶很容易接受旋鈕調節。顯示和操作的一致性帶來的是人性化的交互體驗。制冷制熱模式切換也通過設定溫度和當前溫度的高低來引導用戶進行調整。比起直接放一個模式按鍵,對于用戶的使用來講,引導性和實用性更強。

  (2) 背景色表示工作狀態:

  傳統的溫控器從顯示上只能讀到目前設定的狀態,實際設備的運行狀態并沒有很好地顯示,以致于用戶對溫度和風速的設定邏輯較難理解。

  Nest通過切換背景色來清楚地表達制冷和制熱狀態,用戶很容易理解溫度設定與設備運行狀態之間的關系。

  (3) 預計時間:

  通過歷史數據和算法計算達到目標溫度的時間,讓用戶對操作結果有了更強的感知,從而使得整個交互體驗更加愉悅。

  B、定時設置

  傳統按鍵式溫控器的定時功能交互都較為繁瑣,我們來看一下Nest是如何只用“旋鈕+按鍵”模式來實現便捷的定時設置的。

  Nest用一個代表一周七天的長卷軸式表格來顯示設定的時間和溫度。用戶通過旋鈕來拖動這個長表格,并選定定時的開啟時間(間隔15min),按鍵確定后通過旋鈕選定設定溫度。

  畫面移動的距離不只和旋鈕旋轉的角度相關,還與旋轉速度相關,使得整個旋鈕拖動頁面給予用戶非常好的手感體驗。

  C、設置菜單

  Nest的設置菜單同樣選擇了長菜單旋鈕旋轉,所有圖標都用簡單的圓形。用主界面做成圖標來表示退出。

  D、輸入法

  Nest使用了一個旋轉鍵盤,每輸入一個字母都需要旋轉確認一次。受交互方式的制約,輸入確實比較繁瑣。

  2.2 HOME/AWAY ASSIST和ECO 離家/回家助手和節能模式

  為了達到節能效果,Nest會引導用戶設置一個制冷和取暖對應的節能溫度。通過圖標引導用戶在定時和設置溫度時盡量選擇節能溫度。

  同時,Nest通過傳感器和手機位置情況共同判斷家中是否有人。當判斷為家中無人時,自動切換到ECO溫度。

  根據ECO溫度的開啟時間,Nest會為用戶計算節能數據,并在APP提供給客戶,以達到其宣傳的“兩年時間為用戶省出一個Nest”。

  2.3 Farsight 接近感應

  第三代Nest升級了接近感應傳感器,實測其接近感應的距離在三米左右,基本可以做到只要屋子里有人,就可以比較準確地識別到。

  通過接近感應傳感器的應用,縮短了Nest實際屏幕的點亮時間,降低功耗。

  用戶可以設置接近感應后屏幕顯示的內容,如鐘表表盤、室溫、天氣等。

  2.4自編程算法

  Nest內置了多種類型的傳感器,可以不間斷地監測室內的溫度、濕度、光線以及恒溫器周圍的環境變化。例如:它可以判斷房間中是否有人(是否有移動),并以此決定是否開啟溫度調節設備。

  它名字中有“Learning”,因為Nest恒溫器具有學習能力,比如你每一次在某個設時間設定了某個溫度,它都會記錄一次,然后經過一周的時間,它就能學習和記住用戶的日常作息習慣和溫度喜好,并且它會利用算法自動生成一個設置方案,只要你的生活習慣沒有發生變化,你就不再需要手動設置Nest恒溫器。

三、硬件分解

  3.1 結構拆解

  3.2 按鍵

  Nest溫控器的整體是一個大的物理按鍵,結構上如圖所示。前屏底殼中央放置了一個薄膜按鍵,整個前半部分結構按壓時會集中在薄膜按鍵上,從而實現物理按鍵效果。

  設計上還有兩點值得注意:

  (1) 除按鍵外,還有一個五腳的金屬彈片,用來做支撐同時引導不同方向的按壓。

  (2) 薄膜按鍵與接口線做成一體,定制排線是為了簡化結構。

  3.3 旋鈕

  整個金屬環與PCBA并不直接相連,金屬環的位移是通過一顆角位傳感器(磁阻位移傳感器)來測定的。

  芯片選用的是KMT32B,淘寶報價為15元。

  3.4 驅動方案

  注:未知芯片SS8604003;接近傳感器未知。

  2.5 設計細節

  A EMC相關

  板子上在屏幕排線上每個接口都做了保護電路,同時用四個金屬彈片與前屏接觸,增大整個板子的抗干擾能力。

  B 水平顯示管和接線

  為了保證水平安裝,安裝板上加了一個水平顯示管,以確保用戶安裝時能水平。

  接線端子用了按鈕的方式,以方便用戶接線。

  C 電池和屏蔽罩

  Nest使用了一塊鋰電池給前屏供電,實際操作中發現斷電的情況下只會報錯,顯示溫度都不行,猜測是為了在斷電狀態下可以示警。

  前后用了兩個定制的屏蔽罩,做工非常精細。且底座是貼片的,上罩是扣上去的。

四、更接地氣的解決方案

  Nest溫控器重新定義了新時代用戶對于溫控器的需求,同時也定義了未來溫控器彩屏化的方向。在產品定義上,Nest用消費級手機的驅動方案來做溫控器,以追求極致的效果。

  而對于更廣泛的市場而言,需要的是性價比更高的解決方案,以用其替代中端甚至低端市場。特別是對于國內市場目前的大環境而言,按照Nest的硬件設計思路去設計產品一定是條不歸路。

  對于Nest,我們需要借鑒的是其設計的精神內核,讓功能性產品迎合消費者越來越多的娛樂性需求,在外觀賞心悅目的同時易于使用。

  4.1 迪文方案

  基于為AIoT應用設計的自主IC-T5L,結合智能屏16年行業經驗和產業鏈整合,迪文科技針對溫控器應用推出TFT彩屏解決方案。

 

  針對行業核心客戶,迪文科技提供T5L1+LCD/TP+WIFI/語音識別模塊的核心器件組合方案,實現方案的自主化。

  基于成熟的溫控器方案,迪文科技可提供完整的開發資料,包括PCB、原理圖及軟件代碼,幫助客戶產品快速落地。

  T5L1設計為GUI和OS雙核:

  ●  GUI核支持DGUSII平臺,客戶UI設計靈活、開發簡單,可靠性和穩定性強。

  ●  OS核是用戶可以二次開發的 8051 單片機平臺,所支持資源如下:

  (1)主頻 250MHz、單指令周期 8051 核,64KB 代碼空間,32KB 擴展 RAM,256KB 變量存儲器。

  (2)64bit 硬件乘加器(MAC)、除法器,支持整數和四舍五入,大幅度提升計算能力。

  (3)采用 256KB、32 位寬度的雙口 RAM 變量存儲器和 DGUS II 平臺 CPU 交換數據,簡單、高效。

  (4)28 個高速 IO 口,驅動電流最大 32mA,2 個外部中斷,方便用 IO 口擴展外設接口。

  (5)4 路全雙工 UART 串口,1 路 CAN 接口。

  (6)2 路(使用電阻觸摸屏)或 6 路(不使用電阻觸摸屏)12bit AD。

  (7)1 路 16bit 精度高速 PWM。

  (8)使用 C51 在 Keil 平臺下開發,迪文科技提供仿真器。

  T5L1 4寸溫控器原理圖:

  4.2 方案優勢

  1、縮短開發時間,降低客制化門檻。

  DGUSII是迪文科技十幾年來針對嵌入式GUI設計需求不斷迭代而成的高效率開發平臺。能夠讓用戶設計GUI如同做網頁、PPT一樣簡單,同時效果可以與消費類電子相媲美。DGUSII應用可以有效縮短用戶的研發投入。

  在溫控器行業,標準品雖然量大,但是利潤率低,對于很多企業開說最大的價值是降低綜合生產成本。行業中高利潤產品往往是針對客戶需求而制造的定制化產品。

  基于DGUSII設計溫控器應用,UI的定制在熟悉開發后一周內即可實現,大大提升客制化效率,降低了客制化的門檻。

  2、批量驗證,可靠性強。

  T5L本身在迪文科技自己的智能屏及其他行業解決方案中大量應用,百萬級的出貨量保證了其產品的可靠性。

  同時多個行業的批量應用帶來了生態鏈的豐富,在開發、生產過程中除了迪文科技原廠的直接服務,生態鏈開發者的資源也可帶來大量支持。

  3、依托迪文產業鏈,降低資源整合成本。

  迪文科技圍繞人機交互解決方案打造產業鏈,可以提供液晶屏、觸摸屏、全貼合加工以及關鍵元器件的優質資源。

  依托天量應用,提供豐富的高品質液晶屏,并能保證穩定供應,價格只受匯率影響。

  提供電容觸摸屏制造和OCA貼合服務,提高用戶產品的競爭力。

  迪文科技大批量應用的關鍵元器件均可供應,如TI電源和485、Toshiba的flash、歐姆龍的繼電器和接插件等。

  4、低功耗

  T5L1是迪文科技基于55nm工藝專為物聯網應用設計的專用IC,能夠降低產品功耗。

  5、解決方案

  迪文科技圍繞芯片所整合和打造的技術和解決方案,如迪文云、在線/離線語音識別、視頻監控、本地組網等,可以無縫銜接。

五、結語

  Nest的成功再次證明了產品idea的價值。

  而迪文科技的價值,就是將用戶從繁瑣的開發任務中解放出來,真正投入到產品的設計中去,讓那些激動人心的idea真正成為激動人心的產品!

  作者:陳漠瀚  編輯:孫惠英

標簽:迪文科技我要反饋
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