基于藍(lán)牙技術(shù)的智能變形家具的設(shè)計(jì)分析

童小琴，占紅橋，章博文

（武漢城市學(xué)院，湖北 武漢 430083）

0 引 言

住房需求是基本人權(quán)之一，當(dāng)今社會(huì)，因?yàn)榉績(jī)r(jià)過(guò)高，人們要么支付高昂的租金，要么需要付出較長(zhǎng)的通勤時(shí)間，才能找到合適的住房。近年來(lái)，由于我國(guó)一線、二線城市的房?jī)r(jià)過(guò)高，年輕人很難在大城市安居，使得很多年輕人只能選擇成本較低的小戶型房屋。對(duì)小戶型住戶而言，不僅需要減少家具的占地面積，還需要合理安排并有效利用住房空間，因此室內(nèi)家具的功能性、儲(chǔ)物收納空間的利用率至關(guān)重要。

20世紀(jì)80年代初，歐美國(guó)家出現(xiàn)了多功能變形家具這一概念，近年來(lái)，變形家具開(kāi)始走進(jìn)中國(guó)市場(chǎng)，并逐漸受到消費(fèi)者的青睞。變形家具采用獨(dú)特的造型設(shè)計(jì)，用戶只需通過(guò)簡(jiǎn)單的操作，比如翻轉(zhuǎn)、推移、旋轉(zhuǎn)、折疊等，改變五金構(gòu)件的內(nèi)部形態(tài)，就能實(shí)現(xiàn)家具外觀造型和功能的轉(zhuǎn)換，使得家具具有多種形態(tài)和功能。床、桌子和衣柜等是居家必備的家具，同時(shí)它們也占據(jù)了室內(nèi)較大空間，為了巧妙地“節(jié)約空間”，本文設(shè)計(jì)了一款變形家具柜，該家具柜如圖1所示。家具柜下安裝有軌道，當(dāng)家具柜向左移動(dòng)時(shí)，空間變成了客廳和臥室，當(dāng)衣柜向右移動(dòng)時(shí)，床被收入柜底，為客廳提供最大空間；當(dāng)床向左移動(dòng)收入柜底時(shí)，空間變?yōu)榭蛷d和衣帽間。為了避免僅依靠人力每天移動(dòng)家具，筆者設(shè)計(jì)了一款基于藍(lán)牙技術(shù)的“智能變形家具”，可實(shí)現(xiàn)家具的自動(dòng)移動(dòng)。本款智能家具用科技解構(gòu)住宅空間，打造“0閑置空間”住宅，幫助使用者減少裝修預(yù)算。

圖1 變形家具模擬圖

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本款家具的主體是一個(gè)衣柜，家具的一側(cè)配有一張床，家具另一側(cè)則是一張桌子。按動(dòng)控制按鈕，家具可自動(dòng)向左或向右移動(dòng)，使床移進(jìn)或移出柜底，讓空間在臥室、客廳和衣帽間之間進(jìn)行切換。這款“智能變形家具”讓用戶的居住環(huán)境不再固定單一，臥室可以變成衣帽間，客廳空間也可自由伸縮，讓住在小戶型房屋中的用戶享受更加便捷開(kāi)闊的空間，成為人們能負(fù)擔(dān)得起且能住得舒適的住宅。

本智能家具系統(tǒng)采用Arduino Nano作為主控制器，家具內(nèi)部配備各式馬達(dá)，借助電池運(yùn)轉(zhuǎn)，利用小電磁閥鎖定到位，用戶可通過(guò)控制按鈕選擇功能空間。同時(shí)，本系統(tǒng)配置了藍(lán)牙模塊，可通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP控制。由于按鈕控制功能實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，故本文主要介紹手機(jī)APP控制?？刂葡到y(tǒng)如圖2所示。

圖2 藍(lán)牙控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用ATK-HC06藍(lán)牙模塊。藍(lán)牙HC06模塊可用于藍(lán)牙設(shè)備間的通信。藍(lán)牙設(shè)備可分為主、從兩種模式。作為主設(shè)備時(shí)，用于查找和連接其他設(shè)備；作為從設(shè)備時(shí)，被其他設(shè)備連接。藍(lán)牙設(shè)備的通信模式可分為透明傳輸和AT命令兩種模式。HC06藍(lán)牙模塊的引出接口包括VCC、GND、TXD、RXD，預(yù)留LED燈狀態(tài)的輸出腳。

VCC接電源的正極，電壓范圍為3.3～5.0 V，GND接地，TXD為模塊串口發(fā)送引腳，RXD為模塊串口接收引腳；KEY用于進(jìn)入AT狀態(tài)，高電平有效，該引腳受Arduino控制。LED引腳的功能是檢測(cè)藍(lán)牙模塊是否已連接上其他藍(lán)牙設(shè)備，如果藍(lán)牙連接成功，則該引腳輸出高電平，否則輸出低電平?？刂破骺梢酝ㄟ^(guò)該引腳的狀態(tài)判斷HC06藍(lán)牙模塊是否已連接成功。LED燈閃爍，表示未連接；LED燈常亮，表示已經(jīng)連接并打開(kāi)接口。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要采用C語(yǔ)言編程。由Arduino控制板接收控制信號(hào)并輸出處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)硬件的控制。本系統(tǒng)采用安卓移動(dòng)端APP發(fā)送指令給Arduino Nano，Arduino接收指令并驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制。以Android 系統(tǒng)為例，安卓手機(jī)與Arduino通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。當(dāng)智能家具和手機(jī)之間的藍(lán)牙連接未建立時(shí)，需利用AT指令設(shè)置藍(lán)牙模塊的名稱、波特率以及配對(duì)密碼等。當(dāng)設(shè)備間建立藍(lán)牙連接后，進(jìn)入藍(lán)牙傳輸模式。將Arduino開(kāi)發(fā)板與計(jì)算機(jī)連接，當(dāng)HC06模塊上的紅色LED燈以5次/s的頻率快閃時(shí)，表示系統(tǒng)工作正常。

打開(kāi)手機(jī)應(yīng)用APP，手機(jī)與Arduino 藍(lán)牙模塊建立連接，將指令通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送至Arduino 藍(lán)牙模塊。啟動(dòng)APP后，系統(tǒng)首先判斷是否支持藍(lán)牙；確認(rèn)支持后再判斷藍(lán)牙狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)使藍(lán)牙功能處于打開(kāi)狀態(tài)，并掃描、搜索附近藍(lán)牙設(shè)備，完成與硬件采集設(shè)備的匹配與連接；連接成功后跳轉(zhuǎn)到操作界面進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Arduino通過(guò)藍(lán)牙模塊接收指令，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。程序首先對(duì)Arduino Nano的引腳、串口波特率等進(jìn)行初始化設(shè)置，將通信模塊設(shè)置為接收狀態(tài)，并使Arduino進(jìn)入低功耗模式。當(dāng)接收到正確數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷，對(duì)外圍電路供電，系統(tǒng)各模塊反饋信息給Arduino Nano。之后Arduino Nano退出低功耗模式，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，一方面驅(qū)動(dòng)電機(jī)，另一方面通過(guò)藍(lán)牙串口將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后系統(tǒng)再次進(jìn)入低功耗模式。使用Arduino Nano編寫(xiě)藍(lán)牙通信程序簡(jiǎn)單快捷，在完成串口通信波特率等參數(shù)初始化設(shè)置后，利用讀串口函數(shù)讀取傳入的數(shù)據(jù)，根據(jù)讀到的數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。藍(lán)牙通信模塊框架如圖3所示。

圖3 藍(lán)牙通信模塊框架

本系統(tǒng)建模采用Solidworks軟件，Solidworks軟件功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)便，雖然組件繁多但易學(xué)易用。使用該軟件建立Solidworks裝配體三維模型，并利用Solidworks motion運(yùn)動(dòng)仿真功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文分析了基于藍(lán)牙技術(shù)的智能變形家具的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)以Arduino為控制核心，該家具可通過(guò)按鈕控制，也可以利用藍(lán)牙通信技術(shù)和智能終端控制，操作簡(jiǎn)便。本設(shè)計(jì)創(chuàng)新性采用科技化家具來(lái)解構(gòu)空間，實(shí)現(xiàn)一房多用，有效降低了購(gòu)房成本，同時(shí)幫助住戶最大限度利用空間。居住空間在臥室、客廳、衣帽間之間可任意切換，閑置空間少，大大提升了小戶型房屋的居住體驗(yàn)。本設(shè)計(jì)不同于普通的智能家居產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且使用方便，具有良好的市場(chǎng)前景。