單片機技術在智能家具中的應用與發展

陳慧琴

東南大學成賢學院電子工程系，江蘇南京 210088

單片機技術在智能家具中的應用與發展

陳慧琴

東南大學成賢學院電子工程系，江蘇南京 210088

單片機在智能家具領域的應用，給家具的發展帶來革命性變化。本文分析探討了智能家具的特點，論述了以單片機技術為代表的新科技在家具應用需求和前景，分析了智能家具的總體結構和硬件控制模塊，有效促進了單片機在智能家具中的應用發展。

單片機技術；智能家具；應用

隨著經濟社會和技術的不斷發展，家具行業的新技術應用越來越普及，基于單片機等新技術的智能家具規模越來越大，逐步發展成獨立型產業。我國應合理調整傳統家具行業，使其不斷向科技化、智能化方向轉變，進而提高其在市場中的競爭力。單片機技術作為智能家具的主要技術，需要進一步提高在家具中的應用層次和水平，并根據發展需求逐步改進和提高性能，使其與智能家具同步發展，推動智能家具行業的快速發展。

1 智能家具概念特點

1.1智能家具的概念

智能家具在分類上歸于建筑與家居的范疇，是智能家居的重要組成部分，隨著智能家居的發展，同步快速發展。智能家具就是將單片機技術、控制技術等應用到家具中去，使家具具備部分人工智能，是未來家具的發展趨勢。智能家具所使用的技術包括傳統的家具制造技術以及計算機技術和機械傳動技術等。

2.2智能家具的特點

“智能”或“人工智能”，就是通過嵌入式硬件和軟件程序，使家具具備一些人的智商和行為能力。“家具”，指家庭生活用具，主要指床、衣柜、沙發、桌子、椅子等。人工智能和家具結合的智能家具，使家具能根據人的行為、習慣，進行分析、判斷，并根據預設的程序行動和處理，為人們提供安全、舒適、方便地工作和生活環境。

2 單片機技術在智能家具中應用

2.1單片機的發展現狀

1970年，微處理器被成功地研制出來，單片機由此而出現。從1971年到1976年以來，單片機經歷了多次的更新換代，在這十幾年間，單片機在每2～3年就要更新一次，而且集成度與功能也會各自翻倍。這種發展之快、更新之快的單片機一時之間得到了廣泛的關注與應用。單片機的發展從SCM，也就是單片微型計算機階段，再到MCU，微控制器階段、SoC、系統集成芯片設計技術等。尤其在SoC階段，單片機作為將多芯片進行整合的手段，將各種功能模塊的集成，通過電路來實現。這種單片機系統不僅可以降低電子信息系統產品的開發成本，還能夠減少開發使用的時間，這在很大程度上提高了產品的競爭力。因為單片機具有的控制功能，且具有體積小、功耗損耗小、可靠性高、性價比優、以及使用周期長等特點，使得單片機技術廣泛地應用于家具行業。

2.2基于單片機的智能家具特點

單片機作為智能家具“控制中樞”，就是在家具中安裝單片機、傳感器、通信設備和機械設備等，并在內部固化嵌入式控制系統，控制系統通過應用程序對家具內的傳感設備、機械設備進行控制和管理。同時可以利用家庭總線技術（HBS）的功能，將家具、家用電器、家庭保安裝置等有關信息的所有通訊設備連接到家庭智能化系統中，并統一家庭設施和住宅環境，使其之間保持協調，達到集中監視和管理家庭事務，或可進行異地操控，實現智能化家居。可以利用上位機設定各項系統參數，同時，可以在上位機顯示屏上，或接入互聯網通過手機APP實時掌握家具的各項狀態參數，如衣柜的溫度、濕度，床板的高度、傾斜角度等等，并可自動根據預設參數或通過上位機、手機APP控制櫥柜除濕、通風、消毒，沙發扶手升降、窗簾開關等各項操作，提高人們家庭居住環境的舒適性、安全性、方便性等。

2.3智能家具中單片機的發展趨勢

一是CMOS化。CMOS芯片是通過半導體工藝生產出來的，其不僅自身功耗較低，而且還能夠對功耗的損耗進行有效控制。所以，在功耗精細管理狀態下，單片機使智能家具可以同時達到節能與環保的要求。二是大容量化。隨著人們對家具使用具有了新的要求，如使用用途多、功能多等，導致了多功能集成技術在發展中要求微處理器的性能，特別是存儲器容量有了更高的需求。因此，需要不斷運用新的工藝與手段，改進技術來促進大容量的片內存儲器得以出現與運用。三是高性能化。利用流水線技術，以及精簡指令集（RISC）結構的功能等，在一定程度上完善了CPU的性能，加快了指令運算的速度，提高了系統控制的可靠性。另外，因為提高了指令的運算速度，那么能夠借助軟件對I/O功能進行模擬，將虛擬外設的新概念加以引入，從而使未來家具多功能與高性能的需求得以滿足。四是外圍電路內裝化。日后單片機的發展趨勢是實現外圍的電路內裝。隨著半導體集成工藝的快速發展，使部分液晶顯示驅動器、聲音發生器、監視定時器等許多外圍功能器件，逐步集成于向單片機內部，這不僅能夠減少單片機引腳的設置，使其結構越來越簡化、規范，還提高了單片機的功能性、集成度，也使其體積越來越下，在最大程度上降低了家具整體造型設計的影響。

另外，智能家具產品的設計應還要積極考慮時間的問題，由三維尺寸的設計不斷向時間的四維尺寸發展。例如，利用傳感器的功能，調節桌面傾斜度，以設家具外形更加穩固，并實現桌面的自動折疊變形。需要進一步研究和探索四維設計，并進行實踐應用。智能家具主要是單片機硬件設施的技術體現，在日后可以通過外圍電路內置、高性能化、大容量化、以及互補金屬氧化物半導體的有效應用等幾個方面，來提高使單片機的性能，從而滿足家具發展的需求。

2.4基于單片機的智能家具功能模塊組成分析

智能家具總體結構如圖1所示，從可以分為硬件部分和軟件部分，硬件部分可以分為家具本體模塊和單片機控制模塊。

圖1

1）家具功能模塊。主要是普通家具的功能，滿足人們存放衣服、起居、休息等，如椅子、桌子、沙發、碗櫥、衣柜等的基本功能。

2）智能控制模塊。主要是基于單片機、溫度傳感器、濕度傳感器、功能設備（消毒設備、通風設備、除濕設備、溫控設備、防霉設備等）、機械傳動設備等，通過嵌入式程序在預設參數情況下實現自動控制，或人工通過上位機PC、手機App終端進行控制，控制模塊結構如圖2所示。

圖2

3 結論與展望

科學技術的快速發展，特別是單片機技術和控制技術的飛速發展，使智能家居走入人們的家庭，作為智能家居的重要組成部分——智能家具，大幅度提高了人們生活的便利性、舒適性。單片機技術、控制技術等核心功能部件和家具的結合，極大提高了家具的發展水平。為進一步提高單片機等技術在智能家具中的運用效果，需根據市場需要進一步完善和改進單片機等技術在家具中的應用水平，滿足人們日益增長的物質生活需要。

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1674-6708（2016）171-0094-02

陳慧琴，東南大學成賢學院電子工程系。