温控器创新设计探讨【Nest温控器测评】

迪文科技资讯

一、引言

作为一家硬件公司，Nest经过短短几年的发展就被谷歌以32亿美金收购，Nest的故事在智能家居行业称得上是传奇了。如同iPhone在手机市场所做的一样，通过打造一款方便使用又赏心悦目的产品来颠覆一个所谓的成熟市场，Nest的做法如同MBA教科书一般经典。

有人说，这是又一个通过创新交互设计颠覆行业的例证。那么，我们来一起看看到底是什么样的交互设计能值32亿美金呢？

二、功能分析
2.1交互设计

Nest以其出色的工业设计而被视为行业标杆。Nest的创始人是Tony Fadell，在苹果公司时号称iPod之父。Nest公司在工业设计上保持了较高水准。

我们首先来看Nest在UI设计上的亮点。

2.1.1交互方式

Nest的交互方式极为简洁，可以视为“一个按键+一个旋钮”：整个恒温器可视为一个机械按键，可在任意位置按压实现“按键”操作。环形金属边框可顺时针、逆时针旋转。所以，整个操作简化到只有三种，顺时针旋转、逆时针旋转、按压。其实，这个设计和iPod所用的Click Wheel在交互上一脉相承。

Nest恒温器

     

iPod Click Wheel

根据其市场定位来看，不加触摸屏肯定不是基于成本考虑。经分析，主要是基于两点：

(1) 工业设计风格的要求：

Tony Fadell在苹果期间，iPod产品就一直未加入触摸屏，在他离开后倒是很快取消了click wheel，改为全触摸。无触摸屏是其设计风格的体现，即简化用户操作，提高UI交互体验感。

(2) 较小屏幕尺寸不适合触摸交互：

第三代Nest选用的是天马480*480的2.1寸屏，屏幕尺寸较小，按键图标同样也只能做小。所以使用电容触摸屏带来交互体验提升的话，效果大打折扣。另外，弧形前盖板的电容屏灵敏度调节，稳定性也是一个技术难点。

2.1.2 UI风格

与简单的控制方式相匹配，Nest的整体UI风格也非常简洁，表现在以下几方面：

· 配色：Nest在所有的界面中，除黑白两色之外，颜色不超过两种。

· 背景：所有界面中未使用一张背景图片，所有界面中均为纯色背景。

· 图标形状：与其圆形屏幕相适应，设置界面和主界面图标均为圆形和环形。其他功能图标的整体风格也保持了简洁的设计，所有图标颜色不超过亮色，且均未使用渐变色。

A、主界面

相较传统的温控器，Nest在应用彩屏后并未一味地增加功能和显示元素，反而在主界面做了很多减法，只保留了实时温度、设定温度、工作模式。

同时，Nest在主界面上有三点非常值得借鉴：

(1) 圆形刻度盘：

与金属环设计相匹配，用户很容易接受旋钮调节。显示和操作的一致性带来的是人性化的交互体验。制冷制热模式切换也通过设定温度和当前温度的高低来引导用户进行调整。比起直接放一个模式按键，对于用户的使用来讲，引导性和实用性更强。

(2) 背景色表示工作状态：

传统的温控器从显示上只能读到目前设定的状态，实际设备的运行状态并没有很好地显示，以致于用户对温度和风速的设定逻辑较难理解。

Nest通过切换背景色来清楚地表达制冷和制热状态，用户很容易理解温度设定与设备运行状态之间的关系。

(3) 预计时间：

通过历史数据和算法计算达到目标温度的时间，让用户对操作结果有了更强的感知，从而使得整个交互体验更加愉悦。

      

B、定时设置

传统按键式温控器的定时功能交互都较为繁琐，我们来看一下Nest是如何只用“旋钮+按键”模式来实现便捷的定时设置的。

Nest用一个代表一周七天的长卷轴式表格来显示设定的时间和温度。用户通过旋钮来拖动这个长表格，并选定定时的开启时间（间隔15min），按键确定后通过旋钮选定设定温度。

画面移动的距离不只和旋钮旋转的角度相关，还与旋转速度相关，使得整个旋钮拖动页面给予用户非常好的手感体验。

      

C、设置菜单

Nest的设置菜单同样选择了长菜单旋钮旋转，所有图标都用简单的圆形。用主界面做成图标来表示退出。

D、输入法

Nest使用了一个旋转键盘，每输入一个字母都需要旋转确认一次。受交互方式的制约，输入确实比较繁琐。

      

2.2 HOME/AWAY ASSIST和ECO 离家/回家助手和节能模式

为了达到节能效果，Nest会引导用户设置一个制冷和取暖对应的节能温度。通过图标引导用户在定时和设置温度时尽量选择节能温度。

同时，Nest通过传感器和手机位置情况共同判断家中是否有人。当判断为家中无人时，自动切换到ECO温度。

根据ECO温度的开启时间，Nest会为用户计算节能数据，并在APP提供给客户，以达到其宣传的“两年时间为用户省出一个Nest”。

2.3 Farsight 接近感应

第三代Nest升级了接近感应传感器，实测其接近感应的距离在三米左右，基本可以做到只要屋子里有人，就可以比较准确地识别到。

通过接近感应传感器的应用，缩短了Nest实际屏幕的点亮时间，降低功耗。

用户可以设置接近感应后屏幕显示的内容，如钟表表盘、室温、天气等。

2.4自编程算法

Nest内置了多种类型的传感器，可以不间断地监测室内的温度、湿度、光线以及恒温器周围的环境变化。例如：它可以判断房间中是否有人（是否有移动），并以此决定是否开启温度调节设备。

它名字中有“Learning”，因为Nest恒温器具有学习能力，比如你每一次在某个设时间设定了某个温度，它都会记录一次，然后经过一周的时间，它就能学习和记住用户的日常作息习惯和温度喜好，并且它会利用算法自动生成一个设置方案，只要你的生活习惯没有发生变化，你就不再需要手动设置Nest恒温器。

三、硬件分解


3.1 结构拆解

      

3.2 按键

Nest温控器的整体是一个大的物理按键，结构上如图所示。前屏底壳中央放置了一个薄膜按键，整个前半部分结构按压时会集中在薄膜按键上，从而实现物理按键效果。

设计上还有两点值得注意：

(1) 除按键外，还有一个五脚的金属弹片，用来做支撑同时引导不同方向的按压。

(2) 薄膜按键与接口线做成一体，定制排线是为了简化结构。

      

3.3 旋钮

        

整个金属环与PCBA并不直接相连，金属环的位移是通过一颗角位传感器（磁阻位移传感器）来测定的。

芯片选用的是KMT32B，淘宝报价为15元。

3.4 驱动方案

      

      

注：未知芯片SS8604003；接近传感器未知。

2.5 设计细节

A EMC相关

板子上在屏幕排线上每个接口都做了保护电路，同时用四个金属弹片与前屏接触，增大整个板子的抗干扰能力。

      

B 水平显示管和接线

为了保证水平安装，安装板上加了一个水平显示管，以确保用户安装时能水平。

接线端子用了按钮的方式，以方便用户接线。

      

C 电池和屏蔽罩

Nest使用了一块锂电池给前屏供电，实际操作中发现断电的情况下只会报错，显示温度都不行，猜测是为了在断电状态下可以示警。

前后用了两个定制的屏蔽罩，做工非常精细。且底座是贴片的，上罩是扣上去的。

      

三、更接地气的解决方案

Nest温控器重新定义了新时代用户对于温控器的需求，同时也定义了未来温控器彩屏化的方向。在产品定义上，Nest用消费级手机的驱动方案来做温控器，以追求极致的效果。

而对于更广泛的市场而言，需要的是性价比更高的解决方案，以用其替代中端甚至低端市场。特别是对于国内市场目前的大环境而言，按照Nest的硬件设计思路去设计产品一定是条不归路。

对于Nest，我们需要借鉴的是其设计的精神内核，让功能性产品迎合消费者越来越多的娱乐性需求，在外观赏心悦目的同时易于使用。

3.1 迪文方案

基于为AIoT应用设计的自主IC-T5L，结合智能屏16年行业经验和产业链整合，迪文科技针对温控器应用推出TFT彩屏解决方案。

      

成品方案展示

VR视频链接

4.1寸 720*720分辨率 Incell屏：

http://vr.kuleiman.com/index.php?s=/member/photo/cube/cube_id/3091&from=singlemessage

4寸480*480分辨率 IPS屏：

http://vr.kuleiman.com/index.php?s=/member/photo/cube/cube_id/3090&from=singlemessage

针对行业核心客户，迪文科技提供T5L1+LCD/TP+WIFI/语音识别模块的核心器件组合方案，实现方案的自主化。

基于成熟的温控器方案，迪文科技可提供完整的开发资料，包括PCB、原理图及软件代码，帮助客户产品快速落地。

T5L1设计为GUI和OS双核：

·  GUI核支持DGUSII平台，客户UI设计灵活、开发简单，可靠性和稳定性强。

·  OS核是用户可以二次开发的 8051 单片机平台，所支持资源如下：

（1）主频 250MHz、单指令周期 8051 核，64KB 代码空间，32KB 扩展 RAM，256KB 变量存储器。

（2）64bit 硬件乘加器（MAC）、除法器，支持整数和四舍五入，大幅度提升计算能力。

（3）采用 256KB、32 位宽度的双口 RAM 变量存储器和 DGUS II 平台 CPU 交换数据，简单、高效。

（4）28 个高速 IO 口，驱动电流最大 32mA，2 个外部中断，方便用 IO 口扩展外设接口。

（5）4 路全双工 UART 串口，1 路 CAN 接口。

（6）2 路（使用电阻触摸屏）或 6 路（不使用电阻触摸屏）12bit AD。

（7）1 路 16bit 精度高速 PWM。

（8）使用 C51 在 Keil 平台下开发，迪文科技提供仿真器。

T5L1 4寸温控器原理图：

      

3.2 方案优势

1、缩短开发时间，降低客制化门槛。

DGUSII是迪文科技十几年来针对嵌入式GUI设计需求不断迭代而成的高效率开发平台。能够让用户设计GUI如同做网页、PPT一样简单，同时效果可以与消费类电子相媲美。DGUSII应用可以有效缩短用户的研发投入。

在温控器行业，标准品虽然量大，但是利润率低，对于很多企业开说最大的价值是降低综合生产成本。行业中高利润产品往往是针对客户需求而制造的定制化产品。

基于DGUSII设计温控器应用，UI的定制在熟悉开发后一周内即可实现，大大提升客制化效率，降低了客制化的门槛。

2、批量验证，可靠性强。

T5L本身在迪文科技自己的智能屏及其他行业解决方案中大量应用，百万级的出货量保证了其产品的可靠性。

同时多个行业的批量应用带来了生态链的丰富，在开发、生产过程中除了迪文科技原厂的直接服务，生态链开发者的资源也可带来大量支持。

3、依托迪文产业链，降低资源整合成本。

迪文科技围绕人机交互解决方案打造产业链，可以提供液晶屏、触摸屏、全贴合加工以及关键元器件的优质资源。

依托天量应用，提供丰富的高品质液晶屏，并能保证稳定供应，价格只受汇率影响。

提供电容触摸屏制造和OCA贴合服务，提高用户产品的竞争力。

迪文科技大批量应用的关键元器件均可供应，如TI电源和485、Toshiba的flash、欧姆龙的继电器和接插件等。

4、低功耗

T5L1是迪文科技基于55nm工艺专为物联网应用设计的专用IC，能够降低产品功耗。

5、解决方案

迪文科技围绕芯片所整合和打造的技术和解决方案，如迪文云、在线/离线语音识别、视频监控、本地组网等，可以无缝衔接。

四、结语

Nest的成功再次证明了产品idea的价值。

而迪文科技的价值，就是将用户从繁琐的开发任务中解放出来，真正投入到产品的设计中去，让那些激动人心的idea真正成为激动人心的产品！

迪文科技市场部

作者：陈漠瀚

编辑：孙惠英