呂紹明

（深圳市南芯微電子有限公司，廣東深圳 518000）

0.引言

智能家居系統(tǒng)中設(shè)計內(nèi)容較為豐富，如本文將要論述的智能家居椅系統(tǒng)就屬于常見家居之一。它實(shí)現(xiàn)了捶背力度調(diào)節(jié)、復(fù)核機(jī)構(gòu)助起、閱讀燈亮度調(diào)節(jié)等遠(yuǎn)程化智能操控功能，整體功能效率可達(dá)到85%以上。在這里，要采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)配合二次開發(fā)來設(shè)計控制系統(tǒng)，保證建立物聯(lián)網(wǎng)+智能家居設(shè)計體系，其中加入了壓力、稱重傳感器配合光電探測器，確保智能家居椅能夠體現(xiàn)其技術(shù)功能價值。

1.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居椅設(shè)計概述

在信息化時代，強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展直接帶動了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能行業(yè)興起。在這其中，家居智能化設(shè)備已經(jīng)成為當(dāng)前一股新興潮流，例如本文中希望討論的智能家居椅就已經(jīng)贏得了廣大家居用戶的深層次關(guān)注。它擁有舒適、便捷等優(yōu)勢，例如，采用Arduino微控制器配合MIT軟件開發(fā)彰顯了其自動電子控制功能，形成一套完整的智能化系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)主要用以輔助殘疾人士配合手勢、遠(yuǎn)程智能應(yīng)用控制家居椅，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自由移動。而在智能家居椅中采用模糊邏輯人工智能設(shè)計，賦予其功能強(qiáng)大的電子按摩功能，例如，根據(jù)血壓與心率傳感器來自動讀取、智能化配置針對用戶的治療方案，有效改善用戶健康情況。當(dāng)然，國內(nèi)也研究了基于STM32和觸摸屏智能數(shù)字化按摩椅控制系統(tǒng)，其中更強(qiáng)調(diào)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有機(jī)應(yīng)用，保證智能家居椅控制系統(tǒng)初步形成[2]。在這一系統(tǒng)中，主要兼具音樂播放與語音對話等感知功能。這一系統(tǒng)主要希望實(shí)現(xiàn)智能家居椅控制系統(tǒng)的二次開發(fā)，解決接口兼容性偏差這一現(xiàn)實(shí)問題，所以設(shè)計了基于STM32控制器的智能家居椅控制系統(tǒng)，同時基于Java語言開發(fā)客戶端應(yīng)用App。另外，配合Wi-Fi模塊客戶端來展開家居椅的智能調(diào)控過程，保證為系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)提供全新思路[3]。

2.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居椅系統(tǒng)設(shè)計

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，智能家居椅系統(tǒng)在輸入與輸出接口方面都進(jìn)行了針對性擴(kuò)展，這在形成了它良好的椅子復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中包括了捶背功能以及輔助閱讀結(jié)構(gòu)智能控制功能。而在智能家居椅系統(tǒng)設(shè)計中還加入了各種測力、光電、輔助閱讀、捶背、稱重模塊，整體機(jī)構(gòu)執(zhí)行力度較強(qiáng)。在選用STM32形成主控芯片，保證擴(kuò)展各種傳感模塊，形成一套完整的智能家居椅復(fù)合結(jié)構(gòu)。另外，配合輔助閱讀結(jié)構(gòu)展開相關(guān)智能化功能智能控制，保證STM32智能家居椅控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完善化，以下主要探討了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居椅系統(tǒng)的局部設(shè)計，如圖1所示。

2.1 測力傳感模塊的系統(tǒng)設(shè)計

測力傳感模塊系統(tǒng)在設(shè)計過程中可以實(shí)現(xiàn)捶背功能，且能夠根據(jù)捶背力度大小進(jìn)行針對性測量。在選用STM32模塊建立測力傳感模塊核心過程中發(fā)揮了重要作用，其傳感器量程大約控制在0.5kg～3.5kg，而這其中也加入客戶端App反饋機(jī)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測力值遠(yuǎn)程操控，保證捶背執(zhí)行機(jī)構(gòu)滿足捶背力度有效控制，其中設(shè)計了信號輸出應(yīng)用電路。在這里，主要配合模擬信號輸出與A/D轉(zhuǎn)換器共同轉(zhuǎn)換滿足數(shù)字量提升，保證STM32的GPIO采集要求，進(jìn)而提升捶背力度值。即在客戶端App基礎(chǔ)之上調(diào)整測力傳感模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計全面優(yōu)化。

在測力傳感器設(shè)計過程中主要采用了彈性敏感元件，結(jié)合多種情況調(diào)整敏感元件，配合應(yīng)變式傳感器常用測量電路對單臂電橋、差動板橋以及差動全橋進(jìn)行設(shè)計調(diào)整，消除電橋中的非線性誤差問題，同時消除由于溫度誤差所造成的模塊干擾問題。在測力傳感器常用彈性敏感元件分析設(shè)計過程中主要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況選取敏感元件，配合應(yīng)變式傳感器對測量電路中的單臂電橋、差動半橋進(jìn)行針對性設(shè)計，有效消除電橋中的非線性誤差問題。保證在測量測力傳感過程中消除溫度誤差，形成共模干擾，合理選取應(yīng)變片的粘貼位置，有效提高測力傳感器測量精度[4]。

2.2 稱重傳感模塊的系統(tǒng)設(shè)計

在稱重傳感模塊系統(tǒng)設(shè)計方面涉及諸多技術(shù)內(nèi)容，該模塊主要被運(yùn)用于智能家居椅的復(fù)合結(jié)構(gòu)受力大小測定方面。在這里，要選用BS1型傳感器，其量程大約控制在0kg～200kg，可滿足稱重傳感模塊設(shè)計應(yīng)用。在BS1型稱重傳感器中則還采用到了差分信號輸出系統(tǒng)，結(jié)合傳感器信號處理電路優(yōu)化調(diào)整傳感器輸出端與輸入端。在結(jié)合兩級運(yùn)放可滿足電壓信號傳輸要求，保證電壓信號傳送到位，建立傳感器技術(shù)體系。在轉(zhuǎn)化數(shù)字量數(shù)據(jù)傳輸過程中還專門配置了STM32采集模塊，進(jìn)而保證家居椅復(fù)合結(jié)構(gòu)受力值有效提升，結(jié)合用戶當(dāng)前的復(fù)合結(jié)構(gòu)價值檢測調(diào)整受力值，建立遠(yuǎn)程操控智能家居椅基本客戶端結(jié)構(gòu)，設(shè)置生成App。在這一過程中，也要選擇合適的檔位按摩機(jī)制，配合控制復(fù)合結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其助起功能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

2.3 光電傳感模塊的系統(tǒng)設(shè)計

在智能家居椅中存在光電傳感模塊，其系統(tǒng)設(shè)計體系中主要包括了熱釋放電傳感器以及光敏電阻，在設(shè)計光電傳感模塊電路過程中合理運(yùn)用熱釋電傳感器，主要用于探測人體紅外輻射，保證光敏電阻探測光照強(qiáng)度有所提升。如果外界光照強(qiáng)度相對較強(qiáng)時，其光敏電阻阻值相對變小。在檢測高電平過程中需要對電傳感器啟動情況進(jìn)行分析，結(jié)合熱釋電傳感器啟動，主要靠近用戶家居椅，直接釋放檢測信號，保證發(fā)送到STM32模塊系統(tǒng)中處理檢測信號內(nèi)容。需要驅(qū)動輔助閱讀機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效調(diào)控，滿足用戶閱讀需求，如此對于智能家居椅的智能化、節(jié)能化控制是非常有利的。

2.4 Wi-Fi模塊的系統(tǒng)設(shè)計

在Wi-Fi模塊的系統(tǒng)設(shè)計方面，它主要實(shí)現(xiàn)了STM32模塊與微信客戶端App直接通信關(guān)聯(lián)。在設(shè)計中選用ESP 8266模塊，利用STM32發(fā)送AT指令，確保傳感數(shù)據(jù)到位，同時結(jié)合指令無線傳輸相關(guān)技術(shù)內(nèi)容。在Wi-Fi模塊設(shè)計中主要保證其在5GHz頻段以內(nèi)，結(jié)合IEEE802.11a在多方面建立數(shù)據(jù)速率傳輸機(jī)制，保證其速率傳輸控制在54 Mb/s以上，滿足傳統(tǒng)協(xié)議要求。在結(jié)合多個空間留與信道寬度進(jìn)行Wi-Fi模塊設(shè)計過程中，需要基于2.4 GHz頻段配合5.0 GHz頻段設(shè)計多個重疊的Wi-Fi模塊通道，結(jié)合低功耗形式優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容，保證智能家居椅擁有完整的Wi-Fi模塊[5]。

如圖2所示，智能家居椅通過Wi-Fi模塊系統(tǒng)可為人們提供久坐時間監(jiān)測，決定人們在椅子上的時間是多少。通過感應(yīng)器的數(shù)據(jù)，椅子將追蹤人的行動。如果員工坐的時間過長，椅子會發(fā)出輕微震動，提醒員工應(yīng)該活動一下。

3.基于物聯(lián)網(wǎng)Java語言的智能家居椅系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控模塊設(shè)計

3.1 模塊設(shè)計

在基于物聯(lián)網(wǎng)Java語言設(shè)計智能家居椅系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控模塊過程中，主要需要基于Java語言開發(fā)微信客戶端App，保證合適檔位按摩與控制復(fù)合機(jī)構(gòu)到位，滿足助起功能實(shí)施要求。為確保智能家居椅運(yùn)行安全到位，需要利用微信客戶端App掃碼展開遠(yuǎn)程控制操作。在查看、捶背、閱讀等功能的體現(xiàn)上非常到位，甚至可以根據(jù)用戶自主選擇試驗家居椅控制過程[6]。

3.2 性能測試

在驗證智能家居椅整體控制系統(tǒng)的控制性能過程中，需要展開相關(guān)性能試驗測試過程，保證針對智能家居椅的復(fù)合結(jié)構(gòu)、輔助閱讀結(jié)構(gòu)以及捶背結(jié)構(gòu)等進(jìn)行數(shù)百次的獨(dú)立控制試驗測試，確保控制系統(tǒng)性能測試試驗結(jié)果滿足其實(shí)踐應(yīng)用價值要求。比如說在復(fù)合機(jī)構(gòu)助起試驗過程中，其試驗總次數(shù)應(yīng)該達(dá)到200次以上，其中滿足要求次數(shù)要達(dá)到180次左右，控制成功率達(dá)到91.50%以上。在利用二次開發(fā)建立智能家居椅過程中優(yōu)化控制系統(tǒng)，保證其控制成功率最高要達(dá)到91.50%以上，最低也要達(dá)到85.00%左右。在結(jié)合市場上某些重要品牌的智能家居椅系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)該對其設(shè)計功能、性能提升展開分析，結(jié)合實(shí)驗室智能家居椅模型優(yōu)化機(jī)構(gòu)控制，降低機(jī)構(gòu)控制難度。其中，且各機(jī)械部件之間存在疲勞磨損、過量變形或零件斷裂等失效情況，導(dǎo)致各機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制性能有所差異，因此說后續(xù)研究將進(jìn)一步完善各機(jī)械零部件，提升系統(tǒng)整體控制性能[7]。

從另一方面來講，針對家居中老年人群體設(shè)計的呼叫回應(yīng)系統(tǒng)利用到了GPS定位裝置，它可輔助其他生活用品為老年人在緊急狀態(tài)下提供便捷服務(wù)。簡單來講，呼叫回應(yīng)系統(tǒng)是通過老人手機(jī)完成一鍵操作，老年人只要觸碰SOS鍵就能啟動呼叫回應(yīng)系統(tǒng)，它可以快速確認(rèn)老年人的具體移動位置、生命體征狀態(tài)，并為老年人提供對應(yīng)應(yīng)急服務(wù)內(nèi)容。在呼叫回應(yīng)系統(tǒng)中還融入了Grandcare遠(yuǎn)程江湖系統(tǒng)，它能夠?qū)雍艚谢貞?yīng)系統(tǒng)為老年人應(yīng)急求救設(shè)置系統(tǒng)緊急設(shè)定。該系統(tǒng)主要通過無線傳感器監(jiān)控老年人住宅，記錄老年人在家中的活動狀況，如果出現(xiàn)異常狀況會自動向監(jiān)護(hù)人員發(fā)出預(yù)警信息。這也是智能家居椅設(shè)計的重要功能環(huán)節(jié)，對于智能家居椅整體控制系統(tǒng)優(yōu)化非常有利。在智能家居椅的交互式智能家居系統(tǒng)是能夠幫助老年人放松身體的，保證身體運(yùn)動靈活到位的，它屬于典型的輔助機(jī)械系統(tǒng)。如Xtensor Hand Exerciser系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)備可直接穿戴到老年人身體上，它屬于一種復(fù)雜的輔助機(jī)械系統(tǒng)，它能夠強(qiáng)化老年人的關(guān)節(jié)肌肉與握力，為老年人日常鍛煉身體、預(yù)防緊急突發(fā)狀況創(chuàng)造前提條件[8]。就系統(tǒng)整體而言，它對于家具老年人群體更為友好，在設(shè)計智能家居椅中也應(yīng)該更多考慮老年人群體，他們更需要這一家具智能化設(shè)計。

4.結(jié)論

在設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居椅控制系統(tǒng)有效解決智能家居椅控制系統(tǒng)二次開發(fā)難度較大、接口兼容性較差等問題。在采用STM32控制器過程中，需要保證智能家居椅控制系統(tǒng)在輸入與輸出接口擴(kuò)展方面進(jìn)行優(yōu)化，引入壓力傳感器，保證稱重傳感器、光電探測傳感器設(shè)計到位，建立智能家居椅的復(fù)合結(jié)構(gòu)、捶背結(jié)構(gòu)以及輔助閱讀結(jié)構(gòu)，保證改進(jìn)設(shè)計到位。在測試試驗結(jié)果表明分析系統(tǒng)控制，分析其成功率有效提升問題。在結(jié)合系統(tǒng)控制成功率提升（超過90%）來體現(xiàn)智能家居椅極高的控制性能，確保智能家居椅控制系統(tǒng)的設(shè)計為與應(yīng)用為后續(xù)更為先進(jìn)的智能家具系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)造前提條件，提供全新思路。