基于鸿蒙OS手机与智慧屏协同的居家老人上网辅助系统的设计与实现

张欧亚 曾超 黄涛

摘要：老龄群体对互联网和智能终端应用的需求日益增加，同时也面临着“数字鸿沟”的问题，这一问题不容忽视。为满足居家养老用户上网和享受数字生活便利的需求，文章设计了一种基于鸿蒙OS 手机与智慧屏协同的居家老人上网辅助系统。该系统依托智慧屏的影音放大增效和智慧I/O 功能，结合智能手机App 丰富、触摸屏交互方便的优势，旨在帮助居家老人解决上网难题和缩小“数字鸿沟”。该系统采用HarmonyOS 4.0 的一次开发、多设备协调的特性，使用华为主推的ArkTS 编程语言开发了演示软件，旨在验证各项设想功能，通过智慧屏和手机等智能终端设备进行适老化交互，验证了该系统开发思路的可行性。进一步完善该系统后，有望为居家老人提供上网支持，缓解“数字鸿沟”困境。

关键词：老人上网辅助系统；适老化交互；智慧屏；分布式；HarmonyOS4.0；ArkTS

0 引言

近年来，我国人口老龄化程度逐渐加剧，庞大的老人群体对互联网和智能终端应用的需求及其面临的“数字鸿沟”问题不容忽视。老人在使用手机等智能终端时，特别当使用情景发生改变时，容易出现图文看不清、不理解、不懂操作等问题。智能终端针对老年用户的交互方式欠佳（适老化设计不足）也是造成老人与现代社会脱节、难以享受科技带来的数字生活便利的原因之一。针对此类问题，有许多学者和科研机构对老人的上网需求、人机交互模式、体验感、智能化及灵活性等方面进行了研究，一定程度上促进了智能终端适老化的发展。绝大多数老人选择居家养老，但目前尚未有较适用的能辅助居家老人上网的软件系统。

华为推出的鸿蒙操作系统是着眼万物互联的分布式操作系统，2023年8月发布的HarmonyOS 4（以下简称鸿蒙OS）和全新升级的鸿蒙开发套件在跨设备流转、多模态交互等领域再次突破，为不同设备的互联与协同提供了便利[1]。智慧屏（泛指鸿蒙OS智能电视）具备AI（人工智能）慧眼、智慧跨屏、智慧音响、全场景AI语音助手等优势，代表未来电视发展方向。依靠智慧屏的影音放大增效和智慧I/O功能，结合智能手机App丰富、触摸屏交互方便的优势，二者配合使用可望破解老人使用智能手机的不便。

本文旨在设计一种基于鸿蒙OS手机与智慧屏协同的居家老人上网辅助系统，探索一种帮助居家老人轻易上网，进而畅享数字生活便利的快速集成和改造方案，为相关鸿蒙生态应用程序的研发指出一条新方向。

1 居家老人上网辅助系统的总体设计

1.1 系统总体结构设计和研发设想

居家老人上网辅助系统总体构成主要包括通过WLAN和蓝牙互联的手机和智慧屏这两大硬件设备及其上运行的多种应用软件模块，如图1所示。硬件设备接收用户的指令，如手机触屏或语音输入、智慧屏或单片机（来自智能手环、智能手表等便携或穿戴式移动终端）的遥控、语音输入等外部指令数据，然后利用HTTP等协议将指令数据打包发送至局域网服务器上[2]，再由Socket套接字连接软件应用转发信息给系统。软件模块提供老人上网常用App的适老化集成服务以及居家养老健康生活记录、个人信息业务等辅助应用功能模块，居家老人可通过该系统与智慧屏、手机等智能终端设备进行交互，实现便捷上网和智能化健康生活。

总体研发设想：以智慧屏为主要显示和影音I/O 平台，以鸿蒙OS手机为主安装各种上网用App（使用时流转到智慧屏上），基于手机与智慧屏的投屏、流转和协同功能，首先开展二者之间交互的适老化改造；开发智慧屏端的智能手机操作导航助手软件，用以在大屏上帮助引导老人操作智能手机；为便于老人获取养老服务信息资源，尝试开发手机端的居家养老便利生活App；为帮助老人克服各种上网难题，还可探索基于手机与智慧屏协同的多元化交互方案。

1.2 应用软件的开发需求与概要设计

综合借鉴老年人的认知特性、老年智能手机界面和交互方式设计、老年人使用智能手机的行为、体验以及痛点等研究成果，为了帮助老年人应对晦涩的文字或符号、不熟悉系统功能操作等情况，老年人上网辅助系统的开发应考虑以下需求或概要设计：

1）增加操作引导，采用直观、简便的适老化交互方式。虽然人的长期程序性记忆能力不会随年龄增长而发生太大改变，但注意力会随年龄增长而衰退，短期的情景记忆也会逐渐受损，因此老年人很容易遗忘较复杂的操作步骤。因此，减少操作步骤、增加操作引导、将步骤直观简便化乃至“傻瓜化”，是适老化交互方式设计的首要目标。以支付宝为例，近年来其积极融入鸿蒙生态，进一步提升了原子化服务。过去缴费需要在支付宝App上找到“生活缴费”功能，然后才能缴费。而现在只需搜索“电费”即可一步直达缴纳水费、电费等原子化服务卡片，完成在线支付。软件的适老化设计建议将多步操作简化为“一键”操作，将隐藏的划屏等不可见操作改为直观易懂的按钮或触屏操作，尽可能实现简便化、傻瓜化的适老化上网交互。可尝试开发智慧屏（电视）端的“手机操作导航助手”软件，利用智慧屏的语音识别、多层级对话、远程操控等功能，直观详解手机上网常用操作步骤，以及手机与智慧屏协同配合上网的操作步骤。可采用录屏演示、页面标签提醒和语音提醒等直观易懂的方式，一步一步指导老年人进行上网操作，并可将其流转至手机使用。

2）对现有相关软件用户界面（UI）进行适老化改造。根据国家的政策支持和促进社会全面发展的需求，对已有软件UI界面进行适老化改造已成为当前软件开发的新方向。本课题组首先尝试将现有手机App的UI界面进行适老化改造。例如针对鸿蒙OS手机端“智慧屏”App（如图2左所示），选择了通过手机遥控智慧屏的遥控器界面（如图2中间所示）进行适老化改造。采用华为主推的ArkTS编程语言，利用鸿蒙OS提供的原生UI组件和声明式UI语法[3]，用较少代码高效实现了如图2右所示的适老化界面，基本解决了原版遥控器界面图标过小、含义隐晦难懂等不便老年人使用的问题。

3）开发居家养老便利生活App。鉴于智慧屏（智能电视）上的网购、网约、信息服务类App较少，本App 旨在让老人能够利用手机便捷地找到所需养老服务信息，探讨近期快捷的集成方案。手机端“居家养老便利生活”App主要靠流转、适配到电视上来使用，从而帮助老人尽快能畅享数字生活便利。该App拟通过主界面的导引和链接，结合收藏、文件夹管理等通用功能，将现有生活服务类及养老服务信息类的手机App（兼容的安卓应用）以及服务平台网站、公众号、微信小程序等资源，以及智能电视端相关应用软件进行汇集、编排、调用。此外，还可对接网络购物、微信、QQ等常用手机App软件以及网约家政服务、社区养老系统、“医家通”等信息化系统。

综上所述，老人上网辅助系统主要包括手机端和智慧屏端两大类应用软件，要实现的功能主要包括：常用软件平台的集成、老人上网操作导航（分手机、智慧屏两部分），居家健康生活的记录，以及智慧屏内含设备及其支持联通的多种外部设备数据的分布式控制等。其部署及主要功能如图3所示。

2 软件开发关键技术

本系统开发主要采用ArkTS语言，结合鸿蒙自适应设备技术，系统的总体架构采用鸿蒙Ability结构进行设计，在此基础上进行了系统页面结构、功能模块结构和数据库模块的详细设计和实现。

2.1 ArkTS

ArkTS是华为优选、主推的鸿蒙OS应用开发语言。它在TypeScript（简称TS）的基础上，适配方舟开发框架（简称ArkUI），拓展了声明式UI和组件化等能力。ArkTS 及其相关语言的结构关系如图4 所示，ArkTS集成了TS语言特性及容器结构，而TS又集成了JavaScript（简称JS）的语言特性及容器结构，使得开发者能够极简便地开发跨端应用。ArkTS保持了TS 基本语法风格，进一步通过规范强化静态检查和分析，使程序运行之前的开发期检测更多错误，提高代码健壮性，实现更好的运行能力，既支持JS/TS高效互操作，同时也兼容JS/TS生态。此外，ArkTS还拓展了声明式UI语法和轻量化并发机制。声明式UI指的是创建组件、配置属性、配置事件和配置子组件，并通过模板、样式和逻辑三段式来构建相对应的UI界面，提高了开发者在程序开发中的运行体验。

2.2 自适应设备技术

自适应设备技术是HarmonyOS 4.0自带的特有功能，可通过栅格化布局、响应式布局和设备使用资源，从App的弹性布局和多态组件两个维度进行实现。利用HarmonyOS中所提供的vertical（）方法（如图5所示）并结合自定义方法BreakpointType，可将设备的屏幕尺寸大小进行栅格化，从系统的弹性布局和多态组件两个维度进行实现。当设备显示环境发生改变时，如屏幕尺寸的设备切换、横竖屏切换及应用分屏等，系统会自动检索设备屏幕的尺寸大小，通过设置组件大小宽度与父级容器的相对比例来实现响应式布局。对于图片的展示，则是通过锁定宽高比例的办法，同时将宽设置为百分比的数值，来实现自适应缩放，做到一次开发、多设备自适应。

2.3 分布式Ability 结构

本系统架构采用分布式Ability 结构（如图6 所示）。鸿蒙OS支持应用以Ability 为单位进行项目部署，Ability 分为FA（Feature Ability）和PA（ParticleAbility）两种开发类型，为开发者提供了不同的开发模板，以便实现不同的业务功能[4]。

FA（Feature Ability）支持Page Ability页面与用户交互的能力。而一个Page可以由一个或者多个Abili?tySlice组成，后者是应用单个页面及其控制逻辑的总和。HarmonyOS 4.0为开发者提供了不同业务类型的工程模板页面，供开发者根据自身实际需求来选择不同的工程模板页面，开发者只需在当前的工程模板页面基础上进行修改即可达到功能的快速实现。同时也可以调用Page Ability所支持的能力，来实现复杂的业务逻辑。

3 系统实现

3.1 常用软件平台的集成

通过使用ArkTS所提供的组件Grid（）函数，在其中调用多个GridItem（）方法组件，作为软件集成布局容器，然后内嵌微信、QQ、抖音、淘宝等生活类App。系统页面的流转采用@ohos.router路由库进行实现[5]，调用前需在main_pages.json文件中的SRC函数声明好系统页面字段（页面字段如图7 所示），即可在Gri?dItem（）方法中嵌套的App软件设置点击事件并调用router.pushUrl（）实现页面流转。

3.2 居家生活记录

鸿蒙OS提供了@StorageProp单向数据加载组件和@State页面渲染组件，通过此组件系统与设备机建立单向的日期数据同步关系，自动读取并识别设备日期数据，调用自定义方法DateUtil实现日期数据记录功能。生活记录功能采用Stack（）内置组件实现可视化展示日常饮食营养摄入与运动消耗输出数值情况，设置相对应的UI样式，可视化图表能够直观地给用户进行展示（Stack样式如图8所示）。其营养数据的字段信息需严格对应关系型数据库中id、typeId、calorie、recordItem等4个字段，否则将出现字段不匹配、网络层与应用层进行Socket 连接失败、数据报文丢包的情况[6]。

3.3 适老化上网引导

引导程序在进行软件流转过程中自动触发，以底部标签面板的形式呈现。设置Panel（）组件的标签面板的容器布局，mode（）方法决定标签在页面中的填充模式及点击事件范围（如图9所示）。内嵌套Text（）及Button（）内置组件设计提醒字样进行引导。在流转至新页面后将自动对页面进行适老化改造，为居家老人提供舒适的页面体验感。

4 系统功能实现及测试

利用DevEco Studio（鸿蒙开发工具）创建3个不同设备的模拟器，如HUAWEI Mate 40Pro、HUAWEI TV 和HUAWEI Pad 11，并点击运行，同时启动3台模拟器设备。如图10所示。

将程序烧录模拟器编译运行，由设备自适应图11 可观察到系统能根据设备类型自适应屏幕布局分布式运行。

点击首页界面中软件集成模块的微信App进行页面的流转，触发老人引导功能。在流转至微信App 后老人引导功能触发，弹出提醒操作字样，引导老人进行下一步的操作（如图12），帮助其解决不懂如何操作的问题，优化老人用机操作交互方式。

在辅助系统中点击下方的记录“日历”图标，跳转至记录页面。根据用户的自身需求，点击早餐页框中右上角的“加号”，添加饮食数据信息及运动数据信息，系统会按照设置好的营养计算方法对用户输入的营养数据信息进行计算，如图13所示。上传到的营养数据以可视化图表的形式呈现，如图14所示。

5 结束语

本文所研发的基于鸿蒙OS手机与智慧屏协同的居家老人上网辅助系统演示原型，实现了所设想的辅助居家老人上网的多数功能，初步验证了老人用适老化改造后的手机遥控器对智慧屏的便捷化操作控制，能简便快捷地实现常用平台软件集成、居家生活记录和上网操作引导等助老服务功能，借助华为超级终端的间接测试证明老年用户可以方便地结合使用智慧屏与手机等智能终端进行更方便的上网应用。该研究不仅旨在为解决老年上网难题提供有益探索，促进适老化软件开发，以便让老人融入现代化生活之中，享受科技为生活带来的便捷，还旨在助力推广国产鸿蒙操作系统，吸引更多学者和软件开发者贡献力量扩充鸿蒙生态圈，为国产操作系统的应用研究及推广做出一点点贡献。