智能电视遥控器的人机评析与改进设计 2文档格式.docx
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五、人因工程设计原则及分析·
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5.1人机用户界面原则分析·
5.2控制器设置原则及分析·
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六、方案构思、多方案的对比和决策·
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6.1方案构思·
6.2多方案的对比与决策·
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七、设计说明·
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7.1外观设计改进及说明·
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7.2技术改进及说明·
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八、设计小结·
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一、课程设计题目
二、人因工程学介绍
2.1人因工程学的概念
人机学是一门综合性的应用科学，它的研究对象是工作设计中与人体有关的问题，旨在解决工程设计包括机器系统和环境系统与人的生理心理要求相适应，从而创造整个人机系统最优化的工作效率，使人们高效、安全、健康和舒适地工作。
通常机器直接由人操作或使用的部件，主要指各种显示器、操纵器、机具以及工作空间等。
所谓人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；
探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。
2.2人因工程学的历史和发展
2.2.1人因工程学的历史
人机工程学历史发展过程如下：
（1）19世纪末:
：
人机工程萌芽，致力于熟练动作和作业疲劳的研究。
（2）1945～1960：
人因工程职业的出现。
（3）1960～1980：
迅速成长时期，用于军事和航天工业以及医药公司、汽车公司、计算机公司等领域。
（4）1980～1990：
计算机革命使得人机工程成为公众瞩目的焦点，对人机工程的需求激增。
（5）1990年以后：
人机工程越来越多的应用与计算机、信息技术及空间技术之用，应用范围极其广泛。
2.2.2.人因工程学的发展
21世纪人机工程发展的整体特征主要表现在技术的人性化、人的技术化以及人机工程学科边界的模糊化。
人机工程学研究的主流领域越来越多的收到信息技术、经济一体化等大环境的影响。
更加注重人机工程实践，研究的问题变得越发具体在传统研究方法基础上，吸收其他学科研究方法，特别注意定性研究与定量研究相结合。
研究重点逐渐转向一些新领域，如IT技术与行业、认知过程、特殊行业的人机问题。
2.3人因工程学研究状况
国内研究：
在中国，人机工程的研究从20世纪30年代开始及有少量的开展，但系统和深入的开展则在80年代以后，虽然人机工程在中国已有所发展，但是和发达国家相比还是非常落后。
随着我国科技和经济的发展，人们对工作条件、生活品质的要求逐步提高，对产品的人机工程特性也会日益重视。
我国人机工程研究领域可分为：
人的职业和素质研究、工作环境研究、产品设计与评价、人误与安全、工作负荷与疲劳、工作方法与场所设计改善研究、认知工效、人机系统研究、组织和管理中人因问题研究、先进技术中的人因工程研究及人体研究等十一个方向。
国外研究：
国外设计人机工程研究的期刊较多，发表的论文旨在解决生产、生活中的实际问题，研究热点不断更新，适应社会经济发展，领导学术前沿。
近年来，国外人机工程研究内容包括人体研究、工作负荷与职业健康、作业环境研究、作业场所改善与作业方法研究、特殊人群研究、产品设计与评价、人机系统整体研究、组织和管理中的人因工程研究，以及人因工程项目成本绩效分析。
三、电视遥控器调研与分析
3.1电视遥控器的发展史
从无到有，到越来越智能化，电视遥控器经过了近百年的发展，已经成为生活中不可缺少的一部分。
随着时代的进步和技术的发展，大家对遥控器的需求也发生了变化，于是这个世界上就有了各式各样、千奇百怪的遥控器。
电视机遥控器发展简史表
年代
电视遥控器发展阶段
1950年
首款有线遥控器诞生
1956年
超声波遥控器诞生
1961年
真正意义的全能无线遥控器诞生
表1：
接下来，我们来看看80年以来，遥控器的近代发展历史，这时候的遥控器，已经接近的现代风格的产品，也是大家接触的最多的遥控器。
1980年，发送和接收红外线的半导体装置开发出来时，红外遥控器就慢慢取代了超声波控制遥控器。
此后，红外遥控器就诞生了。
红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为0.76um~1.5um。
用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件（红外发光管）与红外接收器件（光敏二极管、三极管及光电池）的发光与受光峰值波长一般为0.8um~0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。
红外遥控器的优点也是显而易见的，那就是制造成本极低，被广泛的使用至今。
3.2红外线遥控器的缺点
不过在后来的逐渐使用中，人们也慢慢发现，传统的红外线遥控器有很多缺点。
比如随着电视屏幕逐渐增大，但是红外接收窗口却越来越小，一些新型的室内灯光设备，以及电视的安装方式不同，也都会对遥控器的红外接收窗操作造成干扰。
红外线遥控器的缺点：
首先，现在电视机的使用状态发生了很大的变化。
以前的家庭娱乐设备如录像机、DVD等都是以电视机为中心设置的。
现在电视机平板化、薄型化了，与周边的AV设备越来越远。
大家知道红外遥控器要对着接收窗口进行操作才能有良好响应。
设备的位置不同，使用遥控器要一次次变换方向去对准被控设置，操作很不方便。
随着大画面的电视机的走红，用户发现遥控操作变得不灵敏了。
一般人都习惯对着画面中央控制电视机，而不知道平板智能电视的遥控接收头是安装在边缘的。
超过50英寸的电视机，当遥控器的操作位置与电视机很近时，对着电视机画面就会无法控制电视机。
因为电视上的遥控接收部分已落到遥控器的30度发射角范围之外，另外高亮度的电视机光线干扰了红外射头。
为了解决这个问题，有的电视机用上两三个红外射线遥控接收头，遥控器上的发光元件也增加了两个。
这样问题虽然解决了，但红外遥控的外观更加笨重，成本也上升很多。
与此同时，红外遥控器在使用时要对准所要操作的设备，这就是，控制器与设备之间不可以有人、家具和墙壁阻挡。
红外遥控器一个致命缺点在于无法实现双向传送，红外遥控器只能用遥控器控制电视，而无法让电视信号反送到用户手上的遥控器上。
从而严重的影响了遥控器的功能扩展。
随着“多媒体中心”、互动电视、视频点播、软件应用更新卸载等这类电子产品的出现，浏览复杂的菜单成为了家常便饭，对于红外技术的遥控器因为无法实现双向传输而无法实现这些功能。
由于红外技术的限制（红外线需要指向电视所在的方向）红外线遥控器大多为细长形，而且显得笨重，不合理的尺寸设计使很多遥控器一只手无法操作。
而且，家庭中电器设备多，各种遥控器堆积在一起既不美观也会造成空间上的堆积。
这些都不符合人因工程学中的人机高效配合原则。
以下是市面上常见的几种遥控器：
图1：
长虹遥控器
图2：
遥控器图3：
遥控器
图4：
人手大小与遥控器对比
由以上图片可以看到目前市面上的遥控器有以下特点：
1、体型为细长型，长度较长，一只手无法完成全部按键的操作；
2、界面上按键太多，可以看多图2有按键多达35个，所有的按键全部集中在一个控制案板上，很多功能都是应用不到的。
这样的设计对操作着的眼睛是个考验，不方便操作容易造成误操作，也会使操作者视觉疲劳；
3、主要是红外线感应技术，结合上文分析，红外线技术已经不能满足消费者的使用。
四、蓝牙技术介绍与分析
蓝牙（bluetooth）作为一种发展中的近距离、低功耗无线连接技术，为用户提供了一个低成本、高可靠性、低复杂度的无线通信网络，可随时随地用无线接口来代替有线电缆连接，使近距离内的不同数字设备能方便地实现数据资源的无缝共享。
整个蓝牙协议结构分为底层硬件模块、中间协议层和高端应用层三大部分。
蓝牙协议规范的目标是允许遵循规范的应用能够进行相互操作。
为实现互操作，远程设备上对应的应用程序必须以同一类协议栈运行。
每一协议栈都使用相同的蓝牙数据链路层和物理层。
蓝牙的底层模块是蓝牙技术的核心，它由链路管理层、基带层和射频层构成，射频层主要定义了蓝牙收发器应满足的要求。
蓝牙技术工作在全球通用的2．4GHz的IsM频段，其数据传输速率为lMb/s。
应用蓝牙技术的PLuG＆PL心概念，任意蓝牙技术设备一旦搜寻到另一个蓝牙技术设备，马上就可以建立联系，而无需用户进行任何设置，在无线电环境非常嘈杂的情况下，其优势更加明显。
中问协议层包括逻辑链路控制与适配协议（Logicallinkcontrolandadaptationlayerprotrol，L2CAP）、服务发现协议（servicecommllnicationgsDP）、串口仿真协议（RadioRequencyPmIocol，RFCOMM）和电话控制协议规范。
在蓝牙协议栈的最上部分是高端应用层，对应于各种应用模型的剖面（Profile）。
蓝牙设备具有体积小、功耗低、集成电路应用简单、可移植性强及成本低廉等优点。
其在通信设备领域同样具有广阔的应用前景，通信设备正在向数字化、智能化、通信数据化方向发展。
蓝牙技术的发展，为研制高度灵活的遥控设备提供了机会。
将此项技术运用到只能电视器的遥控器中，可以实现遥控和电视机的双向数据传输，使遥控器拥有更加强大的功能，让使用者使用更加方便快捷。
以下是几项通讯技术的传输协议和参数对比：
无线技术通讯标准
图5：
无线技术传输协议和参数
五、人因工程设计原则及分析
5.1人机用户界面原则分析
（1）界面设计的重点在于确保产品的可用性，通常是以“用户为中心”的思维进行设计，也就是说，在整个设计过程中都让用户参与。
基本上设计过程分为下列四大基础活动：
辨别用户需求，并建立必要条件；
寻求数个满足必要条件的可行设计；
建立各种用户界面的雏形模板，以进行沟通测试与评估；
评估整个过程中的设计结果。
（2）所设计的产品要满足用户的以下十个体验目标：
满意的、愉快的、有趣的、具娱乐性、有帮助的、具启发性、美学上具愉悦感、能激发创造力、有成就感和让人在感情上满足的。
（3）Shneiderman教授的界面设计八大黄金定律：
谨守一致性；
让经常操作的的用户有快捷方式可用；
提供有意义的信息回馈；
设计对话以明确动作结束；
提供预防错误以及处理简易失误的方法；
容许简易的复原动作；
支持用户内心的主控感受；
减少短期记忆负担。
（4）视觉因素：
环境中的光线亮度发生变化时，视觉的感受能力也会发生变化，从明亮环境进入黑暗环境中时，视觉还停留在明亮环境中，无法快速看清物体，需要经过一段时间的适应，这种适应时间大约为35——50min。
反之从黑暗环境进入明亮环境中时，适应时间大约为1min。
再设计遥控器时就要考虑到夜间室内照明环境关闭后，人的眼睛需要一个适应过程，同时黑暗环境下就要求遥控器的按键能有光亮才方便使用者使用。
人的视觉运动会呈现一些规律，进而会影响到人机系统设计：
人眼的运动方向通常是从左到右，从上到下，较习惯于顺时针方向；
眼睛的水平运动快于垂直运动，因而很多机器设计成长方形；
当眼睛不在中心点时，在象限内，观察到的顺序依次为左上象限、右上象限、左下象限、右下象限；
视觉更容易接受直线轮廓，而不是曲线轮廓。
图6：
人眼视觉成像图
5.2控制器设置原则及分析
控制器尽管种类繁多，但却具有许多相似的特征，如外形、材质、尺寸、运动特性、操纵方向、操纵阻力等。
又如控制器的形状，必须符合多数用户的预期或期望以及操作经验等。
个体往往会希望事物朝着一定的方向运转，这是习惯模式。
如Warricks准则认为，个体通常会移动控制器以使最靠近显示器的部分能够按照个体试图移动显示器指针的方向移动。
下表是根据中国的习俗加以改进的控制器与操纵方向的适配性：
表2：
控制器的操纵方向
六、方案构思、多方案的对比与抉择
6.1方案构思
结合前文对电视遥控器发展史、红外线技术的分析、蓝牙技术以及人因工程学中对界面设计和手控制器的设计原则分析得出如下智能电视遥控器的改进设计（设计图如下）。
图7：
遥控器改进效果图
图8：
遥控器solidedge效果图
主要思路是在外观上摒弃传统遥控器笨重的外形，将其长宽高尺寸分别设计为:
长150mm、宽58.5mm、厚8mm；
为了安全美观，4个顶角设计为圆倒角，遥控器材料整体采用镁合金后盖的外壳采用彩色高光无痕注塑，多种颜色让消费者有更多的选择：
同时，一改传统遥控器的实体按键形式，创造性的运用触摸屏来操作遥控器。
技术方面，用蓝牙技术替代红外线技术，不仅突破了红外线遥控在位置角度等方面的限制也更加容易实现“一器多控”的概念。
6.2多方案的对比与抉择
在设计之初也考虑过两个方案：
一、蓝牙技术替代传统的红外线技术，遥控器的外形也像此设计一样进行长、宽、厚的改进，采用同样外壳材料和工艺。
不同之处在于，不采用触摸式屏幕，而是类似下图，简化按键数量使用实体按键来进行操控。
（效果图类似于图9）二、蓝牙技术替代传统的红外线技术，遥控器的外形也像此设计一样进行长、宽、厚的改进，采用同样外壳材料和工艺。
在遥控器下半部分增加一块2.5英寸大小的触控板（类似于笔记本电脑的鼠标操作板），用这块触控板达到类似于鼠标的功能来实现更加多的操作。
（效果图类似于图10）
通过比较方案一遥控器控制面板上按键过少，很难实现对智能电视所有功能的控制，只能像传统遥控器一样实现一些简单的操作，不能满足使用者的使用需求。
方案二遥控器在方案一的基础上增加了控制触摸板，虽然实现了对智能电视更多功能的控制，但是后来通过查资料得出，人类获取外界信息，80%来自视觉。
从人的角度出发，人们更习惯使用控制器通过视觉传达更直观的信息来直接快捷操控，而不是通过触觉去接触移动来操作。
考虑到这些因素就又在方案二的基础上进行了改进设计才得出现行的设计——触摸屏幕蓝牙遥控器。
这样的设计更多的站在使用者的角度去进行对遥控器的设计改进，人机交互界面的优化，良好的操作体验，美观大方的视觉感受才能获得使用者的认可。
图9：
方案一效果图
图10：
方案二效果图
七、设计说明
7.1外观设计改进及说明
1、一改遥控器传统的细长条形外观，将遥控器的有效操作长度缩短（长度为150mm），宽度增加（宽度为58.5mm），厚度减少（厚度加上后盖为1.2mm，）详细尺寸见下面三视图。
这样设计可以让使用者在使用遥控器时能够用一只手握住，并且“按键”的分布范围在手的拇指运动范围内，这样提高了使用者的对遥控器的使用效率，能够更加方便快捷的完成所有的操作。
2、遥控器的四个角为圆倒角。
这样设计的目的一是为了美观，看起来圆润视觉体验更加舒服；
二是避免了尖锐的直角对人体的伤害，尤其是对孩子。
后盖再设计上也使用了倒圆角，让使用者握起来更加舒服。
同时，后盖的设计也是为了使遥控器能够有更多的颜色供消费者选择。
遥控器下方设有12mmX1.5mm的小开口，方便使用者拆卸后盖。
3、遥控的外壳整体使用在航空、汽车、竞赛自行车框架等领域广泛使用的镁合金材质，这样的材质架构具有轻便、散热性能极佳的特性。
在弹性范围内，镁合金受到冲击时，吸收的能量比铝合金件多一倍，所以它具有更好的抗震性能。
后盖的外壳采用高光无痕注塑工艺，使得消费者有更多的颜色选择，而且这种工艺做出来的后盖颜色更加均匀艳丽。
这样的材料工艺结合使得遥控器不仅美观而且抗摔性能更加强悍，增加了产品的使用寿命。
4、遥控器按键的改进。
大胆的将传统遥控器的实体按键删除。
遥控器上半部分采用一块70mmX48.5mm的触摸式屏幕，使其达到使用遥控器像使用触屏手机一样。
这样改进更大的原因是，屏幕界面的显示功能可以使遥控器拥有更多操作智能电视的选项，使得人通过遥控器能够和智能电视有更多的交流，充分发挥智能电视的功能，让人们的最方便的实现对智能电视全方位的操作。
同时，采用触控屏幕操作方式大大方便了夜间室内日光灯等照明设备关闭以后人们对电视操作，避免了以往“按键式遥控器”在夜间关灯后操纵对人眼带来的疲劳。
遥控器下半部分采用全触式按键设计。
一共设计6个常用键：
左边为音量增大键和音量减小键，中间上面为home键下面为静音键，右边为向上换台键和向下换台键（详见图11）。
这样的按键设计符合Shneiderman教授的界面设计八大黄金定律中让经常操作的的用户有快捷方式可用；
减少短期记忆负担等定律。
遥控器的开关按键设在顶端，长度为12mm，并有圆角让使用者按起来更加舒服。
其功能为：
单击和关闭开启遥控器，开启后，双击可以实现对电视开机和关机的控制。
整个遥控器操作界面的设计在整体上满足了人因工程学中所设计的产品要满足用户的十个体验目标：
智能电视的用户拿到此款遥控器后会觉得很新鲜，觉得这是一个有趣的产品；
触摸式屏幕使得遥控器脱掉了传统按键的外衣，变得更加具有娱乐性；
玻璃屏幕和镁合金的结合使其外观美感更加突出。
效果图及三视图如下所示：
图11：
遥控器主视图
图13：
遥控器俯视图
图12：
遥控器左视图
7.2技术改进及说明
1、将蓝牙通讯技术运用到遥控器上，替代传统的红外技术。
只要在遥控器中内置2.4GHz射频功率放大器、Bluetooth模块和微处理系统就可以实现用蓝牙技术的遥控器对智能电视的实时操控（一般智能电视都装有蓝牙接收和发射的Bluetooth模块）。
根据前面的表*可以知道2.4GHz的频率比较稳定和通用。
在遥控器中使用蓝牙技术的好处如下：
节电、延长服务时间和实现遥控器的薄型化；
信号带域满足世界频率法规，可利用2.4GHz频带；
安装位置方便、扩展功能无可估量；
准备时间短。
同时，使用蓝牙技术最大的好处在于摆脱了传统红外遥控器换台时必须对准电视的问题，使用者可以在蓝牙接收范围内（一般为10——15米）以任何角度或任何方位操作电视机，极大的方便了使用者，使人们能够以更加舒适的姿势去观看电视而不必担心换台的角度问题。
蓝牙遥控器的运用也可以使电视尺寸做的更大而不必考虑红外遥控器感应角度的限制。
采用蓝牙低功耗技术的遥控器，功耗仅为类似红外遥控器的10%甚至更低。
发送一个单按键指令，射频传输仅需1毫秒，而一个标准的红外线遥控器则需要约25毫秒。
红外线遥控器带有一个高功耗的LED，其打开的时间明显较长，去无法达到可靠或稳定的自适应频率调节以快速确认射频传输。
采用蓝牙低功耗不仅仅意味着遥控电池可以把电量更多的分给耗电的屏幕还意味着遥控器的大小和形状也可以有明显的变化，不再受制于感应位置、7号电池的大小和顶部的红外线窗口。
使遥控器的设计更加符合人因工程的概念，更薄且更优雅的造型。
2、在遥控器底部增加一个类似蓝牙耳机的副耳机插孔。
依旧是通过遥控器和电视上的Bluetooth模块实现将遥控器变为接收电视音频的耳机，只不过声音是通过副耳机传出。
这样的设计是考虑到夜间或者是其他时间家里有人休息时，独自一人看电视不用将电视声音降低，而是通过副耳机接收音频来观看电视。
这样既不影响家里人的休息也可以让自己拥有更好的视听体验。
更加符合人因工程的理念。
这个小的副耳机插孔不仅仅是音频输出孔，还是给遥控器充电的插孔。
考虑到此次设计的遥控器采用屏幕按键模式，需要较大的电量。
若采用普通干点池会让电池经常更换，废弃的电池会对环境造成污染，对资源也是一种浪费。
故采用充电电池的设计，不仅节约了资源，避免了废弃电池的污染，还使得电池拥有了更长的使用时间。
3、蓝牙技术的使用，让家用电器设备普遍采用2.4GHz的传输信号，在空调、DVD等电器上转载Bluetooth模块，就可以实现一个遥控器对所有的安装有2.4GHz频率电器的控制。
这就是“一器多控”概念。
这样的理念可以减少家庭电器遥控器的数量，避免因遥控器太多而不知道如何合理安放的问题，也在很大程度上方便了用户的使用，节约了制造遥控器的资源，使人们的日常生活更加方便快捷。
八、设计小结
人因工程学又称人机工程学，是一门研究人与机器、人与环境、人与人的综合学科，实用性很强，实践性很强。
生活中看似很平常一件东西，我们却可以运用人因工程所学的知识对它进行改进，使得这件物品更加符合我们人的使用习惯。
就像电视遥控器，在家中我们几乎每天都要用到它，但是随着科技的发展于进步传统的红外线遥控器已经远远不能满足我们对智能电视的操控了。
所以我选择了做电视遥控器的改进。
感觉这次设计做下来自己切身实际的学到了很多知识。
因为要做好这个设计要自己结合上课所学的人因工程的专业知识还要自己去查阅有关科技方面的知识，要对电视遥控器的历史原理以及现行的技术有一个了解，还要了解红外线技术的原理、特点和缺点以及蓝牙技术发展状况、原理和特点等。
只有把这些知识都有了解了才能更好的完成此次设计。
为了完成此次设计的绘图部分，自己自学了3DMax软件，能够运用这个软件做更加符合人因工程的设计。
对于自己所做的这个设计还是存在一些缺点的。
首先，制造成本较普通遥控器高，这将是这个设计能否在市场畅通的主要原因。
但是如果其他电器能够都运用蓝牙技术采用2.4GHz的传输频率就会实现一器多控，这样就会响应的降低其生产成本。
另一个问题是由于采用了触模式屏幕增大了耗电量，虽然采用了充电式设计，减少了电池的使用数量但是还是稍微有一些不方便的地方就是需要经常充电。
这个设计的优点是可以在任何角度进行对电视进行操控，尤其在夜间时减少了对眼睛的影响，不会造成视觉疲劳强度，耳机孔的设计保证了在家人休息时可以使用耳机达到更好的视听体验而又不影响家人休息等等
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