一種數(shù)據(jù)反饋的多傳感器智能床的設(shè)計(jì)

許敏 蔡佳創(chuàng)

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種智能傳感器設(shè)備、無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用價值越來越大。目前，在智能家居領(lǐng)域，此類設(shè)備已經(jīng)受到人們的廣泛關(guān)注，市場上關(guān)于提高睡眠質(zhì)量的智能產(chǎn)品需求量大。為此，這篇文章設(shè)計(jì)了一款數(shù)據(jù)反饋的多傳感器智能床，可以通過各類傳感器，收集人體數(shù)據(jù)和室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，智能控制家居，給人們提供最舒適的室內(nèi)睡眠環(huán)境，保證人們身體睡眠健康，具有一定的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：智能床;智能家居;傳感器;無線傳感網(wǎng);單片機(jī)

中圖分類號：TP399? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

文章編號：1009-3044（2022）06-0122-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 概述

當(dāng)今時代，科學(xué)技術(shù)的更新與迭代速度加快，越來越多智能化產(chǎn)品印入我們的眼簾。睡眠占據(jù)人一天中的三分之一，可以說是一件重要的事情，而床是我們舒適睡眠必不可少的家具。它陪伴整個睡眠過程，成為我們?nèi)粘Ｉ钪袠O其私密和放松的休息空間，對我們的身心健康和學(xué)習(xí)生活至關(guān)重要[1]。隨著4G網(wǎng)絡(luò)的普及，5G時代的來臨，智能家居又被眾多相關(guān)企業(yè)所重視，這是當(dāng)前室內(nèi)設(shè)計(jì)的一個主要方向[2]。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，智能家居的快速發(fā)展是必然，由于人們對居家休閑和睡眠環(huán)境所產(chǎn)生的實(shí)際需求有不同的要求，因此制造商需要根據(jù)需求，對其主要功能進(jìn)行把握，以確保智能家居的整體質(zhì)量[3]。阻礙智能家居領(lǐng)域發(fā)展的原因有很多，最重要的原因還是由于研發(fā)成本比較昂貴。

為了實(shí)時監(jiān)測用戶和環(huán)境的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，改善用戶的睡眠質(zhì)量，降低用戶使用成本，研究和設(shè)計(jì)一款多傳感器的智能床具有重要的意義。

2 智能床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 功能分析

本文提出的智能床的功能實(shí)現(xiàn)有：智能床通過各類傳感器實(shí)現(xiàn)對人體溫度和室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的收集;將收集到的數(shù)據(jù)匯集和傳輸?shù)絚c2530芯片上;收集的數(shù)據(jù)顯示在TFT或OLED屏幕或者手機(jī)app上;通過cc2530芯片對收集的數(shù)據(jù)做出一系列判斷來實(shí)施對各類家居的控制。

整個智能床采取模塊化設(shè)計(jì)，將不同功能的傳感器模塊拼接結(jié)合，一旦有故障，只需進(jìn)行單模塊部件維修，無須更換整個床體。

2.2? 模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 數(shù)據(jù)收集

在數(shù)據(jù)收集這一模塊中，該智能床主要實(shí)現(xiàn)的是對三部分?jǐn)?shù)據(jù)的收集，分別是：人體溫度;環(huán)境溫濕度;以及空氣質(zhì)量。

在對人體溫度數(shù)據(jù)的收集方面，傳統(tǒng)的接觸式測溫方式對用戶并不友好，而且接觸式的測溫方式會在很大程度上影響用戶的睡眠質(zhì)量，本項(xiàng)目為了實(shí)現(xiàn)非接觸、遠(yuǎn)距離的測溫方式，將紅外測溫傳感器應(yīng)用到該智能床上，利用紅外線實(shí)時測量用戶的體溫。紅外測溫傳感器成本低，壽命長，響應(yīng)時間短，穩(wěn)定性高，適合該智能床的搭建。

為了實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)的收集，本項(xiàng)目采取的溫濕度傳感器為DHT11，有著響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價比高等優(yōu)點(diǎn)，另外，DHT11傳感器能較好地與高性能單片機(jī)進(jìn)行連接，與該智能床的整體設(shè)計(jì)相契合。

對于空氣質(zhì)量方面，該智能床主要是針對pm2.5這一細(xì)顆粒物的濃度的檢測，pm2.5對人體的健康具有極大的危害，會影響人體肺的通氣功能，因此，對pm2.5的濃度檢測顯得尤其重要。該智能床采用pms5003這種激光式顆粒物傳感器來檢測空氣中pm2.5的濃度，實(shí)現(xiàn)對pm2.5細(xì)顆粒物濃度的檢測。

2.2.2 數(shù)據(jù)匯集及傳輸

考慮到成本和性能，該智能床采用cc2530芯片來實(shí)現(xiàn)對人體溫度、環(huán)境溫濕度和pm2.5細(xì)顆粒物濃度等數(shù)據(jù)的匯集和傳輸，利用一個或多個cc2530芯片建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)模塊做節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)。

2.2.3 數(shù)據(jù)反饋

相比于Web或者OLED屏幕顯示數(shù)據(jù)，移動端可以大大提高用戶的體驗(yàn)，方便用戶對各項(xiàng)數(shù)據(jù)的查看。而且，Android系統(tǒng)是當(dāng)今世界上市場占有率最高的手機(jī)端操作系統(tǒng)，任何企業(yè)和個人都能免費(fèi)獲取到Android操作系統(tǒng)的底層源碼[4]，開發(fā)起來也便捷。因此，為了配合智能床的使用，本項(xiàng)目為用戶設(shè)計(jì)了一個用于展示數(shù)據(jù)的app，如圖2所示，通過調(diào)用接口將cc2530收集的數(shù)據(jù)和各類家電數(shù)據(jù)（如：空調(diào)溫度、加濕器數(shù)值等）傳入App，方便用戶用于查看各項(xiàng)家電設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。

2.2.4 智能調(diào)節(jié)家居

在收集完體溫和各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)后，為了實(shí)現(xiàn)智能床對異常情況的處理方案，要對cc2530芯片進(jìn)行編程，對各種數(shù)據(jù)異常狀態(tài)設(shè)置預(yù)設(shè)方案，而后智能床會根據(jù)預(yù)設(shè)的方案，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度、濕度和空氣質(zhì)量的智能管理。例如，在收集完人體溫度后，如果人體溫度出現(xiàn)異常（如發(fā)燒等癥狀），主控板會立刻關(guān)閉空調(diào)，盡快減小家居對用戶身體進(jìn)一步危害;或者，智能床檢測出空氣中pm2.5的含量超標(biāo)，主控板就會立即打開空氣凈化器，提高空氣質(zhì)量。

2.3 整體設(shè)計(jì)

為了讓用戶更加快速地適應(yīng)智能床，智能床的床體與普通床體設(shè)計(jì)并無大的區(qū)別，該智能床將傳感器和主控板置于床頭，如圖3所示，將電線置于床頭后方的凹槽處，如圖4所示，這樣一來，智能床的安全系數(shù)更高，設(shè)計(jì)更加人性化。

3 智能床的創(chuàng)新之處

如今社會上存在著許多的智能家具，但是智能床這一智能家具卻未能在市場上得到普及，本文提出的智能床相對于其他智能床的實(shí)現(xiàn)，降低了成本，從睡眠環(huán)境入手，將環(huán)境數(shù)據(jù)與家居聯(lián)系起來，針對不同的環(huán)境數(shù)據(jù)匹配不同的家居設(shè)置方案，為用戶提供一個舒適的睡眠環(huán)境，提高用戶的睡眠質(zhì)量，并且將各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了必要的可視化，優(yōu)化了用戶體驗(yàn)，具有一定的創(chuàng)新性。

4 結(jié)論

智能化家具能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)家具功能的不足，為現(xiàn)代人提供更加便捷舒適的生活[5]。本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)反饋的傳感器智能床通過分析智能家居的發(fā)展和現(xiàn)狀來規(guī)劃智能床的各種功能，明確了該智能床的主要功能方向。該設(shè)計(jì)也將會有未來迭代規(guī)劃，在已有的接口標(biāo)準(zhǔn)下，開發(fā)各自能夠單獨(dú)使用的專一功能模塊，壓縮成品成本，方便以后日常維修、模塊擴(kuò)展。數(shù)據(jù)反饋的傳感器智能床的實(shí)現(xiàn)科技環(huán)保，具有很好的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐娟芳.面向80后的智能床設(shè)計(jì)策略[J].包裝工程，2016，37（14）：105-108.

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[3] 竇智，蔣蕊.我國智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（6）：207.

[4] 郭霖.第一行代碼——Android[M].2版.北京：人民郵電出版社，2016.

[5] 陳敏，謝友春，李果.基于多傳感器的智能床的設(shè)計(jì)與研究[J].信息記錄材料，2020，21（8）：196-198.

【通聯(lián)編輯：梁書】