基于超聲波傳感器的智能照明梳妝臺(tái)設(shè)計(jì)

王曉叢，范旭東

(北京林業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，北京 100083)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)信息化的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)加快了其建設(shè)的步伐，智能家具作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分也得到了越來越多的重視，很多國際知名品牌如西門子、聯(lián)想等都加緊了智能家具的研發(fā)與推廣.

便捷是智能家具的主要目的，隨著可持續(xù)發(fā)展的提出，節(jié)能增效也成為了智能家具的重要功能之一，本文就以便捷實(shí)用和節(jié)能增效為出發(fā)點(diǎn)對梳妝臺(tái)進(jìn)行了智能化設(shè)計(jì)，旨在探索一種針對傳統(tǒng)家居的智能化設(shè)計(jì)或改進(jìn)方法.

1 設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)方案

梳妝臺(tái)是家庭生活中不可缺少的家具之一，梳妝時(shí)往往需要較明亮的鏡面，以使梳妝更加得體，但是梳妝臺(tái)往往置于臥室，在晚上或秋冬季的早晨使用梳妝臺(tái)時(shí)需要打開房間的燈光照明，不僅會(huì)影響家人的休息，而且一般家用照明節(jié)能燈的功率約20～40W，只為了梳妝時(shí)的局部照明而打開屋內(nèi)燈光不夠低碳節(jié)能.而且梳妝一般在洗漱之后，往往手是濕的，這時(shí)候觸碰開關(guān)可能會(huì)產(chǎn)生觸電等不安全因素.為解決這兩個(gè)問題，本研究對梳妝臺(tái)進(jìn)行了智能化設(shè)計(jì).

本設(shè)計(jì)的理念是在鏡片四周加裝可調(diào)節(jié)的LED 光源，通過超聲波傳感器感應(yīng)使用者與梳妝臺(tái)的距離，進(jìn)而控制照明LED 的亮度.當(dāng)梳妝臺(tái)無人使用時(shí)，超聲波傳感器會(huì)檢測到這個(gè)狀態(tài)并關(guān)閉LED;當(dāng)使用者走向梳妝臺(tái)欲進(jìn)行梳妝時(shí)，超聲波傳感器可根據(jù)距離逐步提高LED 的亮度，使燈光可以在黑暗中指示梳妝臺(tái)的位置，并在使用時(shí)提供照明.基于該方案設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)新穎、節(jié)能低碳，能給日常生活帶來更便捷和安全的用戶使用體驗(yàn).

本梳妝臺(tái)的具體設(shè)計(jì)方案如圖1 所示，梳妝臺(tái)由桌體和放置在桌體上的用于安置鏡片的鏡框組成.鏡框使用透光和不透光兩種材料制作，鏡框正面安置鏡片的四周用不透光材料鏤空圖案用于裝飾與透光，其表面再覆蓋一層透光材料以保證產(chǎn)品的完整性和保護(hù)內(nèi)部電路.在鏡框內(nèi)放置用于照明的高亮LED，在桌體表面放置用于檢測距離的超聲波傳感器及其相關(guān)電路.

圖1 設(shè)計(jì)方案

2 智能化照明的設(shè)計(jì)

在本梳妝臺(tái)的設(shè)計(jì)中，智能照明功能是由照明系統(tǒng)、測距傳感器、控制系統(tǒng)這三部分實(shí)現(xiàn)的，其工作流程如圖2 所示:當(dāng)系統(tǒng)上電后，測距傳感器便以一定的周期檢測使用者與梳妝臺(tái)的距離，并將距離參數(shù)傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再根據(jù)該距離參數(shù)將亮度控制參數(shù)傳遞給照明系統(tǒng).

圖2 工作流程圖

測距傳感器的功能是測量距離，在現(xiàn)有的低成本測距傳感器中，紅外傳感器和超聲波傳感器是最為常用的，而超聲波傳感器在使用范圍、能耗、抗干擾等方面又更有優(yōu)勢，因此經(jīng)過比較，最終選擇HC－SR04 超聲波傳感器作為本方案的傳感器(如圖3)，其探測范圍是2cm～450cm、精度可達(dá)0.3cm、測距角度范圍120 度，非常符合本設(shè)計(jì)的要求.

圖3 HC－SR04 超聲波傳感器

控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能化的核心，通過控制系統(tǒng)才能將傳感器、照明等部分有機(jī)的連接成一個(gè)完整的系統(tǒng).控制系統(tǒng)包括核心處理單元、電源、接口等部分，由于智能梳妝臺(tái)所要實(shí)現(xiàn)的功能較為單一，不需要很強(qiáng)的計(jì)算能力和相關(guān)資源，因此選擇成本低、性能穩(wěn)定的AT89S51 單片機(jī)作為核心處理單元;電源、接口等外圍電路部分則根據(jù)實(shí)際需求與單片機(jī)一起設(shè)計(jì)到PCB 板上(如圖4)，保證了整體電路的穩(wěn)定與美觀.

圖4 控制系統(tǒng)PCB 板

照明系統(tǒng)是直接影響系統(tǒng)能耗和用戶體驗(yàn)的重要部分，其包括照明器件和驅(qū)動(dòng)電路兩部分.由于LED 的功耗在相同照明亮度的條件下僅是普通光源的1/10 到1/3，因此本方案中選擇LED 作為照明器件，并設(shè)計(jì)了與之配套的驅(qū)動(dòng)電路使控制系統(tǒng)可以通過PWM 直接調(diào)節(jié)LED 的亮度(如圖5).本方案中選用的LED 是3W 白光LED，由于體積小，局部溫度高，還需要加裝散熱器以保證其安全和穩(wěn)定(如圖6).

圖5 LED 驅(qū)動(dòng)電路

圖6 3W 白光LED 及散熱器

3 造型的針對性設(shè)計(jì)

為配合照明功能的實(shí)現(xiàn)，在梳妝臺(tái)造型設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮到透光紋飾和散熱孔的位置、鏡框造型、梳妝臺(tái)整體造型等.在本次設(shè)計(jì)方案中，首先結(jié)合美觀與可塑性，選擇亞克力作為主要材質(zhì);再確定以中國風(fēng)為整體的設(shè)計(jì)風(fēng)格，圓形的鏡面配以扇形的鏡體外框、明式家具風(fēng)格的鑲嵌式紋飾桌體;最后再根據(jù)照明功能的需要，在鏡片四周設(shè)計(jì)梅、蘭、竹、菊的極簡裝飾紋樣為四塊鏤空圖案，LED 燈光的亮暗使紋飾若隱若現(xiàn)，典雅又體現(xiàn)中國文化元素.最終的造型如圖7 所示(為方便展示傳感器與控制電路單獨(dú)放在梳妝臺(tái)前方)，由圖可見，在保證梳妝臺(tái)使用、照明等功能性需求的前提下，造型整體和諧統(tǒng)一，基于用戶體驗(yàn)的實(shí)用和安全原則，實(shí)現(xiàn)了藝術(shù)性和智能化的結(jié)合.

4 結(jié)論

隨著生活水平的日益提高，人們對朝夕相伴的家具不再局限于傳統(tǒng)功能性的需求，以用戶體驗(yàn)為中心并與智能化結(jié)合將是未來家具的發(fā)展方向.本次智能化梳妝臺(tái)以單片機(jī)為控制核心，通過超聲波傳感器的感應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)LED 的亮度，使梳妝臺(tái)在使用過程中更加便捷、節(jié)能、安全，滿足用戶需求.本方案是一種將藝術(shù)造型設(shè)計(jì)與自動(dòng)控制技術(shù)結(jié)合的成功探索與嘗試，能為讀者提供一種切實(shí)可行的用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)到智能化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的參考方案.

圖7 梳妝臺(tái)實(shí)物圖

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