一種數據反饋的多傳感器智能床的設計

許敏 蔡佳創

摘要：隨著科學技術的不斷發展，各種智能傳感器設備、無線傳輸技術的應用價值越來越大。目前，在智能家居領域，此類設備已經受到人們的廣泛關注，市場上關于提高睡眠質量的智能產品需求量大。為此，這篇文章設計了一款數據反饋的多傳感器智能床，可以通過各類傳感器，收集人體數據和室內環境數據，智能控制家居，給人們提供最舒適的室內睡眠環境，保證人們身體睡眠健康，具有一定的應用價值。

關鍵詞：智能床;智能家居;傳感器;無線傳感網;單片機

中圖分類號：TP399? ? ?文獻標識碼： A

文章編號：1009-3044（2022）06-0122-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 概述

當今時代，科學技術的更新與迭代速度加快，越來越多智能化產品印入我們的眼簾。睡眠占據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，成為我們日常生活中極其私密和放松的休息空間，對我們的身心健康和學習生活至關重要[1]。隨著4G網絡的普及，5G時代的來臨，智能家居又被眾多相關企業所重視，這是當前室內設計的一個主要方向[2]。隨著5G網絡的應用，智能家居的快速發展是必然，由于人們對居家休閑和睡眠環境所產生的實際需求有不同的要求，因此制造商需要根據需求，對其主要功能進行把握，以確保智能家居的整體質量[3]。阻礙智能家居領域發展的原因有很多，最重要的原因還是由于研發成本比較昂貴。

為了實時監測用戶和環境的各項數據，改善用戶的睡眠質量，降低用戶使用成本，研究和設計一款多傳感器的智能床具有重要的意義。

2 智能床的結構設計

2.1 功能分析

本文提出的智能床的功能實現有：智能床通過各類傳感器實現對人體溫度和室內環境數據的收集;將收集到的數據匯集和傳輸到cc2530芯片上;收集的數據顯示在TFT或OLED屏幕或者手機app上;通過cc2530芯片對收集的數據做出一系列判斷來實施對各類家居的控制。

整個智能床采取模塊化設計，將不同功能的傳感器模塊拼接結合，一旦有故障，只需進行單模塊部件維修，無須更換整個床體。

2.2? 模塊設計

2.2.1 數據收集

在數據收集這一模塊中，該智能床主要實現的是對三部分數據的收集，分別是：人體溫度;環境溫濕度;以及空氣質量。

在對人體溫度數據的收集方面，傳統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量，本項目為了實現非接觸、遠距離的測溫方式，將紅外測溫傳感器應用到該智能床上，利用紅外線實時測量用戶的體溫。紅外測溫傳感器成本低，壽命長，響應時間短，穩定性高，適合該智能床的搭建。

為了實現對環境溫濕度數據的收集，本項目采取的溫濕度傳感器為DHT11，有著響應快、抗干擾能力強、性價比高等優點，另外，DHT11傳感器能較好地與高性能單片機進行連接，與該智能床的整體設計相契合。

對于空氣質量方面，該智能床主要是針對pm2.5這一細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，實現對pm2.5細顆粒物濃度的檢測。

2.2.2 數據匯集及傳輸

考慮到成本和性能，該智能床采用cc2530芯片來實現對人體溫度、環境溫濕度和pm2.5細顆粒物濃度等數據的匯集和傳輸，利用一個或多個cc2530芯片建立強大的網絡模塊做節點，承擔網絡信息中轉任務。

2.2.3 數據反饋

相比于Web或者OLED屏幕顯示數據，移動端可以大大提高用戶的體驗，方便用戶對各項數據的查看。而且，Android系統是當今世界上市場占有率最高的手機端操作系統，任何企業和個人都能免費獲取到Android操作系統的底層源碼[4]，開發起來也便捷。因此，為了配合智能床的使用，本項目為用戶設計了一個用于展示數據的app，如圖2所示，通過調用接口將cc2530收集的數據和各類家電數據（如：空調溫度、加濕器數值等）傳入App，方便用戶用于查看各項家電設備的數據信息。

2.2.4 智能調節家居

在收集完體溫和各項環境數據后，為了實現智能床對異常情況的處理方案，要對cc2530芯片進行編程，對各種數據異常狀態設置預設方案，而后智能床會根據預設的方案，實現對環境溫度、濕度和空氣質量的智能管理。例如，在收集完人體溫度后，如果人體溫度出現異常（如發燒等癥狀），主控板會立刻關閉空調，盡快減小家居對用戶身體進一步危害;或者，智能床檢測出空氣中pm2.5的含量超標，主控板就會立即打開空氣凈化器，提高空氣質量。

2.3 整體設計

為了讓用戶更加快速地適應智能床，智能床的床體與普通床體設計并無大的區別，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，智能床的安全系數更高，設計更加人性化。

3 智能床的創新之處

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現，降低了成本，從睡眠環境入手，將環境數據與家居聯系起來，針對不同的環境數據匹配不同的家居設置方案，為用戶提供一個舒適的睡眠環境，提高用戶的睡眠質量，并且將各項數據進行了必要的可視化，優化了用戶體驗，具有一定的創新性。

4 結論

智能化家具能夠彌補傳統家具功能的不足，為現代人提供更加便捷舒適的生活[5]。本文設計的數據反饋的傳感器智能床通過分析智能家居的發展和現狀來規劃智能床的各種功能，明確了該智能床的主要功能方向。該設計也將會有未來迭代規劃，在已有的接口標準下，開發各自能夠單獨使用的專一功能模塊，壓縮成品成本，方便以后日常維修、模塊擴展。數據反饋的傳感器智能床的實現科技環保，具有很好的推廣應用價值。

參考文獻：

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

[2] 馮凱，童世華.智能家居的由來及其發展趨勢[J].中國新技術新產品，2010（6）：7.

[3] 竇智，蔣蕊.我國智能家居的現狀及發展前景[J].數字技術與應用，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計與研究[J].信息記錄材料，2020，21（8）：196-198.

【通聯編輯：梁書】