一种数据反馈的多传感器智能床的设计

许敏 蔡佳创

摘要：随着科学技术的不断发展，各种智能传感器设备、无线传输技术的应用价值越来越大。目前，在智能家居领域，此类设备已经受到人们的广泛关注，市场上关于提高睡眠质量的智能产品需求量大。为此，这篇文章设计了一款数据反馈的多传感器智能床，可以通过各类传感器，收集人体数据和室内环境数据，智能控制家居，给人们提供最舒适的室内睡眠环境，保证人们身体睡眠健康，具有一定的应用价值。

关键词：智能床;智能家居;传感器;无线传感网;单片机

中图分类号：TP399     文献标识码： A

文章编号：1009-3044（2022）06-0122-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 概述

当今时代，科学技术的更新与迭代速度加快，越来越多智能化产品印入我们的眼帘。睡眠占据人一天中的三分之一，可以说是一件重要的事情，而床是我们舒适睡眠必不可少的家具。它陪伴整个睡眠过程，成为我们日常生活中极其私密和放松的休息空间，对我们的身心健康和学习生活至关重要[1]。随着4G网络的普及，5G时代的来临，智能家居又被众多相关企业所重视，这是当前室内设计的一个主要方向[2]。随着5G网络的应用，智能家居的快速发展是必然，由于人们对居家休闲和睡眠环境所产生的实际需求有不同的要求，因此制造商需要根据需求，对其主要功能进行把握，以确保智能家居的整体质量[3]。阻碍智能家居领域发展的原因有很多，最重要的原因还是由于研发成本比较昂贵。

为了实时监测用户和环境的各项数据，改善用户的睡眠质量，降低用户使用成本，研究和设计一款多传感器的智能床具有重要的意义。

2 智能床的结构设计

2.1 功能分析

本文提出的智能床的功能实现有：智能床通过各类传感器实现对人体温度和室内环境数据的收集;将收集到的数据汇集和传输到cc2530芯片上;收集的数据显示在TFT或OLED屏幕或者手机app上;通过cc2530芯片对收集的数据做出一系列判断来实施对各类家居的控制。

整个智能床采取模块化设计，将不同功能的传感器模块拼接结合，一旦有故障，只需进行单模块部件维修，无须更换整个床体。

2.2  模块设计

2.2.1 数据收集

在数据收集这一模块中，该智能床主要实现的是对三部分数据的收集，分别是：人体温度;环境温湿度;以及空气质量。

在对人体温度数据的收集方面，传统的接触式测温方式对用户并不友好，而且接触式的测温方式会在很大程度上影响用户的睡眠质量，本项目为了实现非接触、远距离的测温方式，将红外测温传感器应用到该智能床上，利用红外线实时测量用户的体温。红外测温传感器成本低，寿命长，响应时间短，稳定性高，适合该智能床的搭建。

为了实现对环境温湿度数据的收集，本项目采取的温湿度传感器为DHT11，有着响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点，另外，DHT11传感器能较好地与高性能单片机进行连接，与该智能床的整体设计相契合。

对于空气质量方面，该智能床主要是针对pm2.5这一细颗粒物的浓度的检测，pm2.5对人体的健康具有极大的危害，会影响人体肺的通气功能，因此，对pm2.5的浓度检测显得尤其重要。该智能床采用pms5003这种激光式颗粒物传感器来检测空气中pm2.5的浓度，实现对pm2.5细颗粒物浓度的检测。

2.2.2 数据汇集及传输

考虑到成本和性能，该智能床采用cc2530芯片来实现对人体温度、环境温湿度和pm2.5细颗粒物浓度等数据的汇集和传输，利用一个或多个cc2530芯片建立强大的网络模块做节点，承担网络信息中转任务。

2.2.3 数据反馈

相比于Web或者OLED屏幕顯示数据，移动端可以大大提高用户的体验，方便用户对各项数据的查看。而且，Android系统是当今世界上市场占有率最高的手机端操作系统，任何企业和个人都能免费获取到Android操作系统的底层源码[4]，开发起来也便捷。因此，为了配合智能床的使用，本项目为用户设计了一个用于展示数据的app，如图2所示，通过调用接口将cc2530收集的数据和各类家电数据（如：空调温度、加湿器数值等）传入App，方便用户用于查看各项家电设备的数据信息。

2.2.4 智能调节家居

在收集完体温和各项环境数据后，为了实现智能床对异常情况的处理方案，要对cc2530芯片进行编程，对各种数据异常状态设置预设方案，而后智能床会根据预设的方案，实现对环境温度、湿度和空气质量的智能管理。例如，在收集完人体温度后，如果人体温度出现异常（如发烧等症状），主控板会立刻关闭空调，尽快减小家居对用户身体进一步危害;或者，智能床检测出空气中pm2.5的含量超标，主控板就会立即打开空气净化器，提高空气质量。

2.3 整体设计

为了让用户更加快速地适应智能床，智能床的床体与普通床体设计并无大的区别，该智能床将传感器和主控板置于床头，如图3所示，将电线置于床头后方的凹槽处，如图4所示，这样一来，智能床的安全系数更高，设计更加人性化。

3 智能床的创新之处

如今社会上存在着许多的智能家具，但是智能床这一智能家具却未能在市场上得到普及，本文提出的智能床相对于其他智能床的实现，降低了成本，从睡眠环境入手，将环境数据与家居联系起来，针对不同的环境数据匹配不同的家居设置方案，为用户提供一个舒适的睡眠环境，提高用户的睡眠质量，并且将各项数据进行了必要的可视化，优化了用户体验，具有一定的创新性。

4 结论

智能化家具能够弥补传统家具功能的不足，为现代人提供更加便捷舒适的生活[5]。本文设计的数据反馈的传感器智能床通过分析智能家居的发展和现状来规划智能床的各种功能，明确了该智能床的主要功能方向。该设计也将会有未来迭代规划，在已有的接口标准下，开发各自能够单独使用的专一功能模块，压缩成品成本，方便以后日常维修、模块扩展。数据反馈的传感器智能床的实现科技环保，具有很好的推广应用价值。

参考文献：

[1] 徐娟芳.面向80后的智能床设计策略[J].包装工程，2016，37（14）：105-108.

[2] 冯凯，童世华.智能家居的由来及其发展趋势[J].中国新技术新产品，2010（6）：7.

[3] 窦智，蒋蕊.我国智能家居的现状及发展前景[J].数字技术与应用，2014（6）：207.

[4] 郭霖.第一行代码——Android[M].2版.北京：人民邮电出版社，2016.

[5] 陈敏，谢友春，李果.基于多传感器的智能床的设计与研究[J].信息记录材料，2020，21（8）：196-198.

【通联编辑：梁书】