多功能智能床頭柜設(shè)計(jì)

劉穎

（電子科技大學(xué) 成都學(xué)院智能制造工程系，四川成都，611731）

0 引言

隨著國(guó)家十四五規(guī)劃以來(lái)，針對(duì)床頭柜行業(yè)的政策法律相繼出臺(tái),床頭柜企業(yè)的技術(shù)研發(fā)水平不斷提高。同時(shí)，人們對(duì)床頭柜的需求也逐年提升，因此研發(fā)智能床頭柜，無(wú)論從工程價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值上，都具有良好的意義。當(dāng)前在設(shè)計(jì)智能床頭柜中，功能與結(jié)構(gòu)的便民程度高低是能否在大眾群體中廣泛使用的考慮因素。目前，在現(xiàn)有的產(chǎn)品當(dāng)中，有采用紅外線感受器的功能[1]，也有設(shè)有搖表器，USB接口的裝置[2]，還有配有無(wú)線充電桌面板、嵌入式智能語(yǔ)音音箱和燈光感應(yīng)裝置的功能[3],前人的設(shè)計(jì)解決了使用者躺在床上方便的拿取到抽屜的物品，可進(jìn)行無(wú)線充電，實(shí)現(xiàn)智能家居控制的功能，或者當(dāng)室內(nèi)光線不足時(shí)，消除了用戶尋找燈光開關(guān)的麻煩，但是，家居放在家中，還是需要保證安全的問(wèn)題，比如說(shuō)采用指紋解鎖的方式可指定性開關(guān)抽屜，也可裝置針孔攝像頭來(lái)保障家中無(wú)人時(shí)的安全。綜上所述，為了與時(shí)俱進(jìn)，床頭柜可以結(jié)合本身的功能，再添加指紋解鎖，智能監(jiān)控的安全時(shí)效性的配置，將儲(chǔ)物與安全結(jié)合在一起，不僅可以保障人民的隱私財(cái)產(chǎn)安全，還在家居優(yōu)化設(shè)計(jì)方面具有舉足輕重的研究意義。

1 多功能智能床頭柜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)100名用戶進(jìn)行調(diào)研可知，人們對(duì)于床頭柜的功能需求除了儲(chǔ)物之外，還包括：個(gè)人隱私的保護(hù)、欣賞音樂(lè)、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及夜間照明燈。因此，在智能床頭柜系統(tǒng)布局中，主要包括指紋識(shí)別模塊、音頻模塊、監(jiān)控模塊以及照明模塊，如圖1所示。

圖1 智能床頭柜系統(tǒng)布局

(1)指紋識(shí)別模塊：智能床頭柜會(huì)采用指紋開鎖的方式來(lái)保障用戶的隱私及財(cái)產(chǎn)信息安全[4],當(dāng)用戶指紋吻合時(shí)，抽屜即會(huì)自動(dòng)打開，極大地提高了安全系數(shù)，使用戶使用體驗(yàn)放心。

(2)藍(lán)牙音頻模塊：床頭柜裝配音響是可以更好的提高用戶的生活幸福指數(shù)，當(dāng)音響連接藍(lán)牙，用戶可在手機(jī)上先連接音響，再選擇令自己悅耳的音樂(lè)在家中播放，放松自己，營(yíng)造一個(gè)舒適的家庭氛圍。采取手機(jī)控制，便捷又實(shí)用。

(3)監(jiān)控模塊：對(duì)于房間有1歲以下小孩的情況，智能床頭柜的監(jiān)控模塊，可以實(shí)時(shí)觀察小孩的動(dòng)態(tài)，并將數(shù)據(jù)傳輸至手機(jī)，便于更好地照料。

(4)照明模塊：當(dāng)用戶夜間起床時(shí)，當(dāng)腳踏入地板時(shí)，床頭柜下邊有一條燈會(huì)感應(yīng)到用戶，就會(huì)自動(dòng)發(fā)光，照亮用戶前進(jìn)的方向，當(dāng)感應(yīng)燈感應(yīng)不到用戶時(shí)，則會(huì)自動(dòng)熄滅，既實(shí)用又節(jié)能。

2 多功能智能床頭柜模型構(gòu)建

2.1 功能與形態(tài)統(tǒng)一法概述

功能與形態(tài)統(tǒng)一，是產(chǎn)品造型法則中的統(tǒng)一與變化造型法則。該方法的具體操作步驟為：(1)產(chǎn)品功能確定。每一種產(chǎn)品都具有一定的功能，而被消費(fèi)者接受。因此，在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，確定適用的功能是基本要素。首先通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式擬定了智能床頭柜的基本功能；(2)確定產(chǎn)品的模塊。根據(jù)功能，確定能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的基本結(jié)構(gòu)或模塊，從而奠定初步的產(chǎn)品設(shè)計(jì)雛形，即實(shí)現(xiàn)功能與形態(tài)的統(tǒng)一；(3)選擇各結(jié)構(gòu)或模塊的類型并進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)合產(chǎn)品的實(shí)際特點(diǎn)，確定合理的產(chǎn)品功能模塊類型，例如：主控的選擇、傳感器類型的確定、芯片的選擇等；(4)完成產(chǎn)品的初步設(shè)計(jì)方案并修正完善。根據(jù)產(chǎn)品各模塊的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建模型，并從實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)型、工藝性等方面考慮，進(jìn)行優(yōu)化和完善。

2.2 三維模型的構(gòu)建

圖3 照明模塊

按照上述方法的操作流程，結(jié)合前文所述的智能床頭柜主要模塊，分別構(gòu)建各模塊的三維模型，部分主要結(jié)構(gòu)如圖2和3所示。

圖2 音頻模塊

床頭柜的整體三維模型如圖4所示。

圖4 整體三維模型

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要是通過(guò)主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別、音頻播放等功能。限于篇幅，本文僅以指紋識(shí)別模塊和藍(lán)牙音頻模塊進(jìn)行說(shuō)明。

指紋識(shí)別模塊采用Place Net Label的連接方式，即相同的Net Label代表硬件之間是通過(guò)物理連接實(shí)現(xiàn)的，線路設(shè)計(jì)具有更好的邏輯性，部分硬件電路設(shè)計(jì)如圖5-7所示。

圖5 單片機(jī)鎖緊插座

圖6 晶振電路

智能床頭柜藍(lán)牙音頻模塊主要包括：電源模塊、功率放大器、信號(hào)處理器等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8所示，其核心部件-音頻調(diào)節(jié)電路如圖9所示。

圖7 指紋接口

圖8 智能音箱結(jié)構(gòu)框圖

圖9 音頻調(diào)節(jié)電路

根據(jù)文獻(xiàn)[6]的研究結(jié)論，音頻調(diào)節(jié)電路的芯片確定為TA7630，其電源電壓為±5V，控制方式為雙聲道、直流控制，其音頻的控制范圍比較廣，這些特點(diǎn)與智能床頭柜的音箱功能要求相匹配。該電路的主要功能是處理輸入的音頻信號(hào)，變換信號(hào)的高、低音強(qiáng)度、調(diào)整雙通道音頻信號(hào)的平衡，從而輸出放大的音頻信號(hào)。

3 設(shè)計(jì)效果評(píng)價(jià)

3.1 系統(tǒng)測(cè)試

硬件設(shè)計(jì)完成后，對(duì)系統(tǒng)的部分功能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試是基于實(shí)際焊接完成的PCB板來(lái)進(jìn)行，測(cè)試流程如圖10所示。

圖10 測(cè)試流程

以指紋模塊為例，部分硬件測(cè)試程序?yàn)椋?/p>

指紋模塊測(cè)試結(jié)果如表1所示。

由表1所示，指紋模塊中的各硬件通過(guò)程序編寫、下載、調(diào)試，基本都能正常工作并準(zhǔn)確顯示識(shí)別結(jié)果，表明從功能上，該模塊的設(shè)計(jì)是合理的，達(dá)到了預(yù)期的功能設(shè)定目標(biāo)。

表1 指紋模塊測(cè)試結(jié)果

同理，本課題對(duì)藍(lán)牙音頻模塊、監(jiān)控模塊以及照明模塊也進(jìn)行了硬件測(cè)試，具體結(jié)果如表2所示。

表2 其余模塊測(cè)試效果

綜上所述，從系統(tǒng)的主要模塊測(cè)試情況來(lái)看，均可以正常工作。說(shuō)明系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)確，程序編寫合理，且控制電路中的元器件類型和參數(shù)選擇基本準(zhǔn)確（例如：蜂鳴器中的基級(jí)阻值等）。即多功能智能床頭柜的主要功能基本實(shí)現(xiàn)，且達(dá)到了良好的運(yùn)行精度。從這個(gè)方面來(lái)看，是符合要求的。

3.2 問(wèn)卷調(diào)查

除功能因素外，多功能智能床頭柜的外形設(shè)計(jì)，也是影響產(chǎn)品市場(chǎng)前景的重要因素。因此，本課題采用李克量表法，對(duì)該產(chǎn)品的造型進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體操作為：將造型的評(píng)價(jià)劃分為5個(gè)等級(jí)：非常新穎、比較新穎、一般新穎、不新穎、極差。每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)一定的分?jǐn)?shù)，如表3所示。

表3 李克量表

該評(píng)價(jià)方式中，向20名資深專家發(fā)送問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)該作品設(shè)計(jì)進(jìn)行打分，然后整理評(píng)價(jià)結(jié)果，作為判斷造型設(shè)計(jì)是否合理的依據(jù)。此次問(wèn)卷調(diào)查中，發(fā)放問(wèn)卷20份，回收20份，問(wèn)卷有效率100%，問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果如表4所示。

表4 問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果

從表4所示的結(jié)果來(lái)看，認(rèn)為該作品造型比較新穎和非常新穎的專家達(dá)12人，占比為60%。該數(shù)據(jù)說(shuō)明大多數(shù)受訪者認(rèn)為該多功能智能床頭柜設(shè)計(jì)的外觀造型應(yīng)屬于比較新穎或非常新穎的等級(jí)。因此，說(shuō)明該作品的設(shè)計(jì)基本符合人們對(duì)外觀造型的內(nèi)在要求。故從外觀造型的角度來(lái)看，該作品的設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)論

在多功能智能床頭柜設(shè)計(jì)中，通過(guò)功能需求分析，采用統(tǒng)一與變化的設(shè)計(jì)理念，完成了智能床頭柜的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。從系統(tǒng)的硬件測(cè)試和外觀造型設(shè)計(jì)的問(wèn)卷調(diào)查兩個(gè)方面驗(yàn)證了該作品的方案設(shè)計(jì)合理性，基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。下一步工作，是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步完善，使其在經(jīng)濟(jì)性、功能性、外觀、能耗等方面的特征更加合理。