基于物联网技术的智能家居设计

吕绍明

（深圳市南芯微电子有限公司，广东深圳 518000）

0.引言

智能家居系统中设计内容较为丰富，如本文将要论述的智能家居椅系统就属于常见家居之一。它实现了捶背力度调节、复核机构助起、阅读灯亮度调节等远程化智能操控功能，整体功能效率可达到85%以上。在这里，要采用物联网技术配合二次开发来设计控制系统，保证建立物联网+智能家居设计体系，其中加入了压力、称重传感器配合光电探测器，确保智能家居椅能够体现其技术功能价值。

1.基于物联网技术的智能家居椅设计概述

在信息化时代，强大的互联网技术发展直接带动了物联网、人工智能行业兴起。在这其中，家居智能化设备已经成为当前一股新兴潮流，例如本文中希望讨论的智能家居椅就已经赢得了广大家居用户的深层次关注。它拥有舒适、便捷等优势，例如，采用Arduino微控制器配合MIT软件开发彰显了其自动电子控制功能，形成一套完整的智能化系统[1]。该系统主要用以辅助残疾人士配合手势、远程智能应用控制家居椅，实现独立自由移动。而在智能家居椅中采用模糊逻辑人工智能设计，赋予其功能强大的电子按摩功能，例如，根据血压与心率传感器来自动读取、智能化配置针对用户的治疗方案，有效改善用户健康情况。当然，国内也研究了基于STM32和触摸屏智能数字化按摩椅控制系统，其中更强调了物联网技术的有机应用，保证智能家居椅控制系统初步形成[2]。在这一系统中，主要兼具音乐播放与语音对话等感知功能。这一系统主要希望实现智能家居椅控制系统的二次开发，解决接口兼容性偏差这一现实问题，所以设计了基于STM32控制器的智能家居椅控制系统，同时基于Java语言开发客户端应用App。另外，配合Wi-Fi模块客户端来展开家居椅的智能调控过程，保证为系统设计开发提供全新思路[3]。

2.基于物联网技术的智能家居椅系统设计

在物联网技术支持下，智能家居椅系统在输入与输出接口方面都进行了针对性扩展，这在形成了它良好的椅子复合结构，其中包括了捶背功能以及辅助阅读结构智能控制功能。而在智能家居椅系统设计中还加入了各种测力、光电、辅助阅读、捶背、称重模块，整体机构执行力度较强。在选用STM32形成主控芯片，保证扩展各种传感模块，形成一套完整的智能家居椅复合结构。另外，配合辅助阅读结构展开相关智能化功能智能控制，保证STM32智能家居椅控制系统结构完善化，以下主要探讨了基于物联网技术的智能家居椅系统的局部设计，如图1所示。

2.1 测力传感模块的系统设计

测力传感模块系统在设计过程中可以实现捶背功能，且能够根据捶背力度大小进行针对性测量。在选用STM32模块建立测力传感模块核心过程中发挥了重要作用，其传感器量程大约控制在0.5kg～3.5kg，而这其中也加入客户端App反馈机制，进而实现测力值远程操控，保证捶背执行机构满足捶背力度有效控制，其中设计了信号输出应用电路。在这里，主要配合模拟信号输出与A/D转换器共同转换满足数字量提升，保证STM32的GPIO采集要求，进而提升捶背力度值。即在客户端App基础之上调整测力传感模块，实现系统设计全面优化。

在测力传感器设计过程中主要采用了弹性敏感元件，结合多种情况调整敏感元件，配合应变式传感器常用测量电路对单臂电桥、差动板桥以及差动全桥进行设计调整，消除电桥中的非线性误差问题，同时消除由于温度误差所造成的模块干扰问题。在测力传感器常用弹性敏感元件分析设计过程中主要结合实际应用情况选取敏感元件，配合应变式传感器对测量电路中的单臂电桥、差动半桥进行针对性设计，有效消除电桥中的非线性误差问题。保证在测量测力传感过程中消除温度误差，形成共模干扰，合理选取应变片的粘贴位置，有效提高测力传感器测量精度[4]。

2.2 称重传感模块的系统设计

在称重传感模块系统设计方面涉及诸多技术内容，该模块主要被运用于智能家居椅的复合结构受力大小测定方面。在这里，要选用BS1型传感器，其量程大约控制在0kg～200kg，可满足称重传感模块设计应用。在BS1型称重传感器中则还采用到了差分信号输出系统，结合传感器信号处理电路优化调整传感器输出端与输入端。在结合两级运放可满足电压信号传输要求，保证电压信号传送到位，建立传感器技术体系。在转化数字量数据传输过程中还专门配置了STM32采集模块，进而保证家居椅复合结构受力值有效提升，结合用户当前的复合结构价值检测调整受力值，建立远程操控智能家居椅基本客户端结构，设置生成App。在这一过程中，也要选择合适的档位按摩机制，配合控制复合结构来实现其助起功能应用实现。

2.3 光电传感模块的系统设计

在智能家居椅中存在光电传感模块，其系统设计体系中主要包括了热释放电传感器以及光敏电阻，在设计光电传感模块电路过程中合理运用热释电传感器，主要用于探测人体红外辐射，保证光敏电阻探测光照强度有所提升。如果外界光照强度相对较强时，其光敏电阻阻值相对变小。在检测高电平过程中需要对电传感器启动情况进行分析，结合热释电传感器启动，主要靠近用户家居椅，直接释放检测信号，保证发送到STM32模块系统中处理检测信号内容。需要驱动辅助阅读机构进行有效调控，满足用户阅读需求，如此对于智能家居椅的智能化、节能化控制是非常有利的。

2.4 Wi-Fi模块的系统设计

在Wi-Fi模块的系统设计方面，它主要实现了STM32模块与微信客户端App直接通信关联。在设计中选用ESP 8266模块，利用STM32发送AT指令，确保传感数据到位，同时结合指令无线传输相关技术内容。在Wi-Fi模块设计中主要保证其在5GHz频段以内，结合IEEE802.11a在多方面建立数据速率传输机制，保证其速率传输控制在54 Mb/s以上，满足传统协议要求。在结合多个空间留与信道宽度进行Wi-Fi模块设计过程中，需要基于2.4 GHz频段配合5.0 GHz频段设计多个重叠的Wi-Fi模块通道，结合低功耗形式优化系统设计内容，保证智能家居椅拥有完整的Wi-Fi模块[5]。

如图2所示，智能家居椅通过Wi-Fi模块系统可为人们提供久坐时间监测，决定人们在椅子上的时间是多少。通过感应器的数据，椅子将追踪人的行动。如果员工坐的时间过长，椅子会发出轻微震动，提醒员工应该活动一下。

3.基于物联网Java语言的智能家居椅系统远程操控模块设计

3.1 模块设计

在基于物联网Java语言设计智能家居椅系统远程操控模块过程中，主要需要基于Java语言开发微信客户端App，保证合适档位按摩与控制复合机构到位，满足助起功能实施要求。为确保智能家居椅运行安全到位，需要利用微信客户端App扫码展开远程控制操作。在查看、捶背、阅读等功能的体现上非常到位，甚至可以根据用户自主选择试验家居椅控制过程[6]。

3.2 性能测试

在验证智能家居椅整体控制系统的控制性能过程中，需要展开相关性能试验测试过程，保证针对智能家居椅的复合结构、辅助阅读结构以及捶背结构等进行数百次的独立控制试验测试，确保控制系统性能测试试验结果满足其实践应用价值要求。比如说在复合机构助起试验过程中，其试验总次数应该达到200次以上，其中满足要求次数要达到180次左右，控制成功率达到91.50%以上。在利用二次开发建立智能家居椅过程中优化控制系统，保证其控制成功率最高要达到91.50%以上，最低也要达到85.00%左右。在结合市场上某些重要品牌的智能家居椅系统设计过程中，应该对其设计功能、性能提升展开分析，结合实验室智能家居椅模型优化机构控制，降低机构控制难度。其中，且各机械部件之间存在疲劳磨损、过量变形或零件断裂等失效情况，导致各机械结构的控制性能有所差异，因此说后续研究将进一步完善各机械零部件，提升系统整体控制性能[7]。

从另一方面来讲，针对家居中老年人群体设计的呼叫回应系统利用到了GPS定位装置，它可辅助其他生活用品为老年人在紧急状态下提供便捷服务。简单来讲，呼叫回应系统是通过老人手机完成一键操作，老年人只要触碰SOS键就能启动呼叫回应系统，它可以快速确认老年人的具体移动位置、生命体征状态，并为老年人提供对应应急服务内容。在呼叫回应系统中还融入了Grandcare远程江湖系统，它能够对接呼叫回应系统为老年人应急求救设置系统紧急设定。该系统主要通过无线传感器监控老年人住宅，记录老年人在家中的活动状况，如果出现异常状况会自动向监护人员发出预警信息。这也是智能家居椅设计的重要功能环节，对于智能家居椅整体控制系统优化非常有利。在智能家居椅的交互式智能家居系统是能够帮助老年人放松身体的，保证身体运动灵活到位的，它属于典型的辅助机械系统。如Xtensor Hand Exerciser系统，该系统设备可直接穿戴到老年人身体上，它属于一种复杂的辅助机械系统，它能够强化老年人的关节肌肉与握力，为老年人日常锻炼身体、预防紧急突发状况创造前提条件[8]。就系统整体而言，它对于家具老年人群体更为友好，在设计智能家居椅中也应该更多考虑老年人群体，他们更需要这一家具智能化设计。

4.结论

在设计基于物联网技术的智能家居椅控制系统有效解决智能家居椅控制系统二次开发难度较大、接口兼容性较差等问题。在采用STM32控制器过程中，需要保证智能家居椅控制系统在输入与输出接口扩展方面进行优化，引入压力传感器，保证称重传感器、光电探测传感器设计到位，建立智能家居椅的复合结构、捶背结构以及辅助阅读结构，保证改进设计到位。在测试试验结果表明分析系统控制，分析其成功率有效提升问题。在结合系统控制成功率提升（超过90%）来体现智能家居椅极高的控制性能，确保智能家居椅控制系统的设计为与应用为后续更为先进的智能家具系统设计与应用创造前提条件，提供全新思路。