基于物聯網技術的智能家居設計

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)中設計內容較為豐富，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。它實現了捶背力度調節(jié)、復核機構助起、閱讀燈亮度調節(jié)等遠程化智能操控功能，整體功能效率可達到85%以上。在這里，要采用物聯網技術配合二次開發(fā)來設計控制系統(tǒng)，保證建立物聯網+智能家居設計體系，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其技術功能價值。

1.基于物聯網技術的智能家居椅設計概述

在信息化時代，強大的互聯網技術發(fā)展直接帶動了物聯網、人工智能行業(yè)興起。在這其中，家居智能化設備已經成為當前一股新興潮流，例如本文中希望討論的智能家居椅就已經贏得了廣大家居用戶的深層次關注。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、遠程智能應用控制家居椅，實現獨立自由移動。而在智能家居椅中采用模糊邏輯人工智能設計，賦予其功能強大的電子按摩功能，例如，根據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。當然，國內也研究了基于STM32和觸摸屏智能數字化按摩椅控制系統(tǒng)，其中更強調了物聯網技術的有機應用，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)主要希望實現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實問題，所以設計了基于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)客戶端應用App。另外，配合Wi-Fi模塊客戶端來展開家居椅的智能調控過程，保證為系統(tǒng)設計開發(fā)提供全新思路[3]。

2.基于物聯網技術的智能家居椅系統(tǒng)設計

在物聯網技術支持下，智能家居椅系統(tǒng)在輸入與輸出接口方面都進行了針對性擴展，這在形成了它良好的椅子復合結構，其中包括了捶背功能以及輔助閱讀結構智能控制功能。而在智能家居椅系統(tǒng)設計中還加入了各種測力、光電、輔助閱讀、捶背、稱重模塊，整體機構執(zhí)行力度較強。在選用STM32形成主控芯片，保證擴展各種傳感模塊，形成一套完整的智能家居椅復合結構。另外，配合輔助閱讀結構展開相關智能化功能智能控制，保證STM32智能家居椅控制系統(tǒng)結構完善化，以下主要探討了基于物聯網技術的智能家居椅系統(tǒng)的局部設計，如圖1所示。

2.1 測力傳感模塊的系統(tǒng)設計

測力傳感模塊系統(tǒng)在設計過程中可以實現捶背功能，且能夠根據捶背力度大小進行針對性測量。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反饋機制，進而實現測力值遠程操控，保證捶背執(zhí)行機構滿足捶背力度有效控制，其中設計了信號輸出應用電路。在這里，主要配合模擬信號輸出與A/D轉換器共同轉換滿足數字量提升，保證STM32的GPIO采集要求，進而提升捶背力度值。即在客戶端App基礎之上調整測力傳感模塊，實現系統(tǒng)設計全面優(yōu)化。

在測力傳感器設計過程中主要采用了彈性敏感元件，結合多種情況調整敏感元件，配合應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行設計調整，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計過程中主要結合實際應用情況選取敏感元件，配合應變式傳感器對測量電路中的單臂電橋、差動半橋進行針對性設計，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)設計

在稱重傳感模塊系統(tǒng)設計方面涉及諸多技術內容，該模塊主要被運用于智能家居椅的復合結構受力大小測定方面。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計應用。在BS1型稱重傳感器中則還采用到了差分信號輸出系統(tǒng)，結合傳感器信號處理電路優(yōu)化調整傳感器輸出端與輸入端。在結合兩級運放可滿足電壓信號傳輸要求，保證電壓信號傳送到位，建立傳感器技術體系。在轉化數字量數據傳輸過程中還專門配置了STM32采集模塊，進而保證家居椅復合結構受力值有效提升，結合用戶當前的復合結構價值檢測調整受力值，建立遠程操控智能家居椅基本客戶端結構，設置生成App。在這一過程中，也要選擇合適的檔位按摩機制，配合控制復合結構來實現其助起功能應用實現。

2.3 光電傳感模塊的系統(tǒng)設計

在智能家居椅中存在光電傳感模塊，其系統(tǒng)設計體系中主要包括了熱釋放電傳感器以及光敏電阻，在設計光電傳感模塊電路過程中合理運用熱釋電傳感器，主要用于探測人體紅外輻射，保證光敏電阻探測光照強度有所提升。如果外界光照強度相對較強時，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行分析，結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)中處理檢測信號內容。需要驅動輔助閱讀機構進行有效調控，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)設計

在Wi-Fi模塊的系統(tǒng)設計方面，它主要實現了STM32模塊與微信客戶端App直接通信關聯。在設計中選用ESP 8266模塊，利用STM32發(fā)送AT指令，確保傳感數據到位，同時結合指令無線傳輸相關技術內容。在Wi-Fi模塊設計中主要保證其在5GHz頻段以內，結合IEEE802.11a在多方面建立數據速率傳輸機制，保證其速率傳輸控制在54 Mb/s以上，滿足傳統(tǒng)協議要求。在結合多個空間留與信道寬度進行Wi-Fi模塊設計過程中，需要基于2.4 GHz頻段配合5.0 GHz頻段設計多個重疊的Wi-Fi模塊通道，結合低功耗形式優(yōu)化系統(tǒng)設計內容，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。通過感應器的數據，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，提醒員工應該活動一下。

3.基于物聯網Java語言的智能家居椅系統(tǒng)遠程操控模塊設計

3.1 模塊設計

在基于物聯網Java語言設計智能家居椅系統(tǒng)遠程操控模塊過程中，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合機構到位，滿足助起功能實施要求。為確保智能家居椅運行安全到位，需要利用微信客戶端App掃碼展開遠程控制操作。在查看、捶背、閱讀等功能的體現上非常到位，甚至可以根據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，需要展開相關性能試驗測試過程，保證針對智能家居椅的復合結構、輔助閱讀結構以及捶背結構等進行數百次的獨立控制試驗測試，確?？刂葡到y(tǒng)性能測試試驗結果滿足其實踐應用價值要求。比如說在復合機構助起試驗過程中，其試驗總次數應該達到200次以上，其中滿足要求次數要達到180次左右，控制成功率達到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到91.50%以上，最低也要達到85.00%左右。在結合市場上某些重要品牌的智能家居椅系統(tǒng)設計過程中，應該對其設計功能、性能提升展開分析，結合實驗室智能家居椅模型優(yōu)化機構控制，降低機構控制難度。其中，且各機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，導致各機械結構的控制性能有所差異，因此說后續(xù)研究將進一步完善各機械零部件，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計的呼叫回應系統(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。簡單來講，呼叫回應系統(tǒng)是通過老人手機完成一鍵操作，老年人只要觸碰SOS鍵就能啟動呼叫回應系統(tǒng)，它可以快速確認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應急服務內容。在呼叫回應系統(tǒng)中還融入了Grandcare遠程江湖系統(tǒng)，它能夠對接呼叫回應系統(tǒng)為老年人應急求救設置系統(tǒng)緊急設定。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，如果出現異常狀況會自動向監(jiān)護人員發(fā)出預警信息。這也是智能家居椅設計的重要功能環(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，保證身體運動靈活到位的，它屬于典型的輔助機械系統(tǒng)。如Xtensor Hand Exerciser系統(tǒng)，該系統(tǒng)設備可直接穿戴到老年人身體上，它屬于一種復雜的輔助機械系統(tǒng)，它能夠強化老年人的關節(jié)肌肉與握力，為老年人日常鍛煉身體、預防緊急突發(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，在設計智能家居椅中也應該更多考慮老年人群體，他們更需要這一家具智能化設計。

4.結論

在設計基于物聯網技術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展方面進行優(yōu)化，引入壓力傳感器，保證稱重傳感器、光電探測傳感器設計到位，建立智能家居椅的復合結構、捶背結構以及輔助閱讀結構，保證改進設計到位。在測試試驗結果表明分析系統(tǒng)控制，分析其成功率有效提升問題。在結合系統(tǒng)控制成功率提升（超過90%）來體現智能家居椅極高的控制性能，確保智能家居椅控制系統(tǒng)的設計為與應用為后續(xù)更為先進的智能家具系統(tǒng)設計與應用創(chuàng)造前提條件，提供全新思路。