陳慧琴

東南大學(xué)成賢學(xué)院電子工程系，江蘇南京 210088

單片機(jī)技術(shù)在智能家具中的應(yīng)用與發(fā)展

陳慧琴

東南大學(xué)成賢學(xué)院電子工程系，江蘇南京 210088

單片機(jī)在智能家具領(lǐng)域的應(yīng)用，給家具的發(fā)展帶來革命性變化。本文分析探討了智能家具的特點(diǎn)，論述了以單片機(jī)技術(shù)為代表的新科技在家具應(yīng)用需求和前景，分析了智能家具的總體結(jié)構(gòu)和硬件控制模塊，有效促進(jìn)了單片機(jī)在智能家具中的應(yīng)用發(fā)展。

單片機(jī)技術(shù)；智能家具；應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)和技術(shù)的不斷發(fā)展，家具行業(yè)的新技術(shù)應(yīng)用越來越普及，基于單片機(jī)等新技術(shù)的智能家具規(guī)模越來越大，逐步發(fā)展成獨(dú)立型產(chǎn)業(yè)。我國(guó)應(yīng)合理調(diào)整傳統(tǒng)家具行業(yè)，使其不斷向科技化、智能化方向轉(zhuǎn)變，進(jìn)而提高其在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。單片機(jī)技術(shù)作為智能家具的主要技術(shù)，需要進(jìn)一步提高在家具中的應(yīng)用層次和水平，并根據(jù)發(fā)展需求逐步改進(jìn)和提高性能，使其與智能家具同步發(fā)展，推動(dòng)智能家具行業(yè)的快速發(fā)展。

1 智能家具概念特點(diǎn)

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(fā)展，同步快速發(fā)展。智能家具就是將單片機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等應(yīng)用到家具中去，使家具具備部分人工智能，是未來家具的發(fā)展趨勢(shì)。智能家具所使用的技術(shù)包括傳統(tǒng)的家具制造技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)等。

2.2智能家具的特點(diǎn)

“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(fā)、桌子、椅子等。人工智能和家具結(jié)合的智能家具，使家具能根據(jù)人的行為、習(xí)慣，進(jìn)行分析、判斷，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序行動(dòng)和處理，為人們提供安全、舒適、方便地工作和生活環(huán)境。

2 單片機(jī)技術(shù)在智能家具中應(yīng)用

2.1單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

1970年，微處理器被成功地研制出來，單片機(jī)由此而出現(xiàn)。從1971年到1976年以來，單片機(jī)經(jīng)歷了多次的更新?lián)Q代，在這十幾年間，單片機(jī)在每2～3年就要更新一次，而且集成度與功能也會(huì)各自翻倍。這種發(fā)展之快、更新之快的單片機(jī)一時(shí)之間得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。單片機(jī)的發(fā)展從SCM，也就是單片微型計(jì)算機(jī)階段，再到MCU，微控制器階段、SoC、系統(tǒng)集成芯片設(shè)計(jì)技術(shù)等。尤其在SoC階段，單片機(jī)作為將多芯片進(jìn)行整合的手段，將各種功能模塊的集成，通過電路來實(shí)現(xiàn)。這種單片機(jī)系統(tǒng)不僅可以降低電子信息系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)成本，還能夠減少開發(fā)使用的時(shí)間，這在很大程度上提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有的控制功能，且具有體積小、功耗損耗小、可靠性高、性價(jià)比優(yōu)、以及使用周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，使得單片機(jī)技術(shù)廣泛地應(yīng)用于家具行業(yè)。

2.2基于單片機(jī)的智能家具特點(diǎn)

單片機(jī)作為智能家具“控制中樞”，就是在家具中安裝單片機(jī)、傳感器、通信設(shè)備和機(jī)械設(shè)備等，并在內(nèi)部固化嵌入式控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過應(yīng)用程序?qū)揖邇?nèi)的傳感設(shè)備、機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制和管理。同時(shí)可以利用家庭總線技術(shù)（HBS）的功能，將家具、家用電器、家庭保安裝置等有關(guān)信息的所有通訊設(shè)備連接到家庭智能化系統(tǒng)中，并統(tǒng)一家庭設(shè)施和住宅環(huán)境，使其之間保持協(xié)調(diào)，達(dá)到集中監(jiān)視和管理家庭事務(wù)，或可進(jìn)行異地操控，實(shí)現(xiàn)智能化家居?？梢岳蒙衔粰C(jī)設(shè)定各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)，同時(shí)，可以在上位機(jī)顯示屏上，或接入互聯(lián)網(wǎng)通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)掌握家具的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)，如衣柜的溫度、濕度，床板的高度、傾斜角度等等，并可自動(dòng)根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)或通過上位機(jī)、手機(jī)APP控制櫥柜除濕、通風(fēng)、消毒，沙發(fā)扶手升降、窗簾開關(guān)等各項(xiàng)操作，提高人們家庭居住環(huán)境的舒適性、安全性、方便性等。

2.3智能家具中單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

一是CMOS化。CMOS芯片是通過半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)出來的，其不僅自身功耗較低，而且還能夠?qū)牡膿p耗進(jìn)行有效控制。所以，在功耗精細(xì)管理狀態(tài)下，單片機(jī)使智能家具可以同時(shí)達(dá)到節(jié)能與環(huán)保的要求。二是大容量化。隨著人們對(duì)家具使用具有了新的要求，如使用用途多、功能多等，導(dǎo)致了多功能集成技術(shù)在發(fā)展中要求微處理器的性能，特別是存儲(chǔ)器容量有了更高的需求。因此，需要不斷運(yùn)用新的工藝與手段，改進(jìn)技術(shù)來促進(jìn)大容量的片內(nèi)存儲(chǔ)器得以出現(xiàn)與運(yùn)用。三是高性能化。利用流水線技術(shù)，以及精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)的功能等，在一定程度上完善了CPU的性能，加快了指令運(yùn)算的速度，提高了系統(tǒng)控制的可靠性。另外，因?yàn)樘岣吡酥噶畹倪\(yùn)算速度，那么能夠借助軟件對(duì)I/O功能進(jìn)行模擬，將虛擬外設(shè)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(nèi)裝化。日后單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)外圍的電路內(nèi)裝。隨著半導(dǎo)體集成工藝的快速發(fā)展，使部分液晶顯示驅(qū)動(dòng)器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時(shí)器等許多外圍功能器件，逐步集成于向單片機(jī)內(nèi)部，這不僅能夠減少單片機(jī)引腳的設(shè)置，使其結(jié)構(gòu)越來越簡(jiǎn)化、規(guī)范，還提高了單片機(jī)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(shè)計(jì)的影響。

另外，智能家具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)還要積極考慮時(shí)間的問題，由三維尺寸的設(shè)計(jì)不斷向時(shí)間的四維尺寸發(fā)展。例如，利用傳感器的功能，調(diào)節(jié)桌面傾斜度，以設(shè)家具外形更加穩(wěn)固，并實(shí)現(xiàn)桌面的自動(dòng)折疊變形。需要進(jìn)一步研究和探索四維設(shè)計(jì)，并進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。智能家具主要是單片機(jī)硬件設(shè)施的技術(shù)體現(xiàn)，在日后可以通過外圍電路內(nèi)置、高性能化、大容量化、以及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的有效應(yīng)用等幾個(gè)方面，來提高使單片機(jī)的性能，從而滿足家具發(fā)展的需求。

2.4基于單片機(jī)的智能家具功能模塊組成分析

智能家具總體結(jié)構(gòu)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(jī)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(fā)、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(jī)、溫度傳感器、濕度傳感器、功能設(shè)備（消毒設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、除濕設(shè)備、溫控設(shè)備、防霉設(shè)備等）、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備等，通過嵌入式程序在預(yù)設(shè)參數(shù)情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，或人工通過上位機(jī)PC、手機(jī)App終端進(jìn)行控制，控制模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2

3 結(jié)論與展望

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是單片機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)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(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等核心功能部件和家具的結(jié)合，極大提高了家具的發(fā)展水平。為進(jìn)一步提高單片機(jī)等技術(shù)在智能家具中的運(yùn)用效果，需根據(jù)市場(chǎng)需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)單片機(jī)等技術(shù)在家具中的應(yīng)用水平，滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)生活需要。

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1674-6708（2016）171-0094-02

陳慧琴，東南大學(xué)成賢學(xué)院電子工程系。