多功能智能床頭柜設計

劉穎

（電子科技大學 成都學院智能制造工程系，四川成都，611731）

0 引言

隨著國家十四五規劃以來，針對床頭柜行業的政策法律相繼出臺,床頭柜企業的技術研發水平不斷提高。同時，人們對床頭柜的需求也逐年提升，因此研發智能床頭柜，無論從工程價值和經濟價值上，都具有良好的意義。當前在設計智能床頭柜中，功能與結構的便民程度高低是能否在大眾群體中廣泛使用的考慮因素。目前，在現有的產品當中，有采用紅外線感受器的功能[1]，也有設有搖表器，USB接口的裝置[2]，還有配有無線充電桌面板、嵌入式智能語音音箱和燈光感應裝置的功能[3],前人的設計解決了使用者躺在床上方便的拿取到抽屜的物品，可進行無線充電，實現智能家居控制的功能，或者當室內光線不足時，消除了用戶尋找燈光開關的麻煩，但是，家居放在家中，還是需要保證安全的問題，比如說采用指紋解鎖的方式可指定性開關抽屜，也可裝置針孔攝像頭來保障家中無人時的安全。綜上所述，為了與時俱進，床頭柜可以結合本身的功能，再添加指紋解鎖，智能監控的安全時效性的配置，將儲物與安全結合在一起，不僅可以保障人民的隱私財產安全，還在家居優化設計方面具有舉足輕重的研究意義。

1 多功能智能床頭柜的系統設計

通過對100名用戶進行調研可知，人們對于床頭柜的功能需求除了儲物之外，還包括：個人隱私的保護、欣賞音樂、實時監控以及夜間照明燈。因此，在智能床頭柜系統布局中，主要包括指紋識別模塊、音頻模塊、監控模塊以及照明模塊，如圖1所示。

圖1 智能床頭柜系統布局

(1)指紋識別模塊：智能床頭柜會采用指紋開鎖的方式來保障用戶的隱私及財產信息安全[4],當用戶指紋吻合時，抽屜即會自動打開，極大地提高了安全系數，使用戶使用體驗放心。

(2)藍牙音頻模塊：床頭柜裝配音響是可以更好的提高用戶的生活幸福指數，當音響連接藍牙，用戶可在手機上先連接音響，再選擇令自己悅耳的音樂在家中播放，放松自己，營造一個舒適的家庭氛圍。采取手機控制，便捷又實用。

(3)監控模塊：對于房間有1歲以下小孩的情況，智能床頭柜的監控模塊，可以實時觀察小孩的動態，并將數據傳輸至手機，便于更好地照料。

(4)照明模塊：當用戶夜間起床時，當腳踏入地板時，床頭柜下邊有一條燈會感應到用戶，就會自動發光，照亮用戶前進的方向，當感應燈感應不到用戶時，則會自動熄滅，既實用又節能。

2 多功能智能床頭柜模型構建

2.1 功能與形態統一法概述

功能與形態統一，是產品造型法則中的統一與變化造型法則。該方法的具體操作步驟為：(1)產品功能確定。每一種產品都具有一定的功能，而被消費者接受。因此，在產品創新設計中，確定適用的功能是基本要素。首先通過問卷調查的方式擬定了智能床頭柜的基本功能；(2)確定產品的模塊。根據功能，確定能夠實現該功能的基本結構或模塊，從而奠定初步的產品設計雛形，即實現功能與形態的統一；(3)選擇各結構或模塊的類型并進行設計。結合產品的實際特點，確定合理的產品功能模塊類型，例如：主控的選擇、傳感器類型的確定、芯片的選擇等；(4)完成產品的初步設計方案并修正完善。根據產品各模塊的結構，構建模型，并從實用性、經濟型、工藝性等方面考慮，進行優化和完善。

2.2 三維模型的構建

圖3 照明模塊

按照上述方法的操作流程，結合前文所述的智能床頭柜主要模塊，分別構建各模塊的三維模型，部分主要結構如圖2和3所示。

圖2 音頻模塊

床頭柜的整體三維模型如圖4所示。

圖4 整體三維模型

2.3 控制系統設計

控制系統設計要是通過主控系統，實現指紋識別、音頻播放等功能。限于篇幅，本文僅以指紋識別模塊和藍牙音頻模塊進行說明。

指紋識別模塊采用Place Net Label的連接方式，即相同的Net Label代表硬件之間是通過物理連接實現的，線路設計具有更好的邏輯性，部分硬件電路設計如圖5-7所示。

圖5 單片機鎖緊插座

圖6 晶振電路

智能床頭柜藍牙音頻模塊主要包括：電源模塊、功率放大器、信號處理器等，系統結構如圖8所示，其核心部件-音頻調節電路如圖9所示。

圖7 指紋接口

圖8 智能音箱結構框圖

圖9 音頻調節電路

根據文獻[6]的研究結論，音頻調節電路的芯片確定為TA7630，其電源電壓為±5V，控制方式為雙聲道、直流控制，其音頻的控制范圍比較廣，這些特點與智能床頭柜的音箱功能要求相匹配。該電路的主要功能是處理輸入的音頻信號，變換信號的高、低音強度、調整雙通道音頻信號的平衡，從而輸出放大的音頻信號。

3 設計效果評價

3.1 系統測試

硬件設計完成后，對系統的部分功能進行了測試。測試是基于實際焊接完成的PCB板來進行，測試流程如圖10所示。

圖10 測試流程

以指紋模塊為例，部分硬件測試程序為：

指紋模塊測試結果如表1所示。

由表1所示，指紋模塊中的各硬件通過程序編寫、下載、調試，基本都能正常工作并準確顯示識別結果，表明從功能上，該模塊的設計是合理的，達到了預期的功能設定目標。

表1 指紋模塊測試結果

同理，本課題對藍牙音頻模塊、監控模塊以及照明模塊也進行了硬件測試，具體結果如表2所示。

表2 其余模塊測試效果

綜上所述，從系統的主要模塊測試情況來看，均可以正常工作。說明系統的電路設計基本準確，程序編寫合理，且控制電路中的元器件類型和參數選擇基本準確（例如：蜂鳴器中的基級阻值等）。即多功能智能床頭柜的主要功能基本實現，且達到了良好的運行精度。從這個方面來看，是符合要求的。

3.2 問卷調查

除功能因素外，多功能智能床頭柜的外形設計，也是影響產品市場前景的重要因素。因此，本課題采用李克量表法，對該產品的造型進行評價。具體操作為：將造型的評價劃分為5個等級：非常新穎、比較新穎、一般新穎、不新穎、極差。每個等級對應一定的分數，如表3所示。

表3 李克量表

該評價方式中，向20名資深專家發送問卷調查，對該作品設計進行打分，然后整理評價結果，作為判斷造型設計是否合理的依據。此次問卷調查中，發放問卷20份，回收20份，問卷有效率100%，問卷調查結果如表4所示。

表4 問卷調查結果

從表4所示的結果來看，認為該作品造型比較新穎和非常新穎的專家達12人，占比為60%。該數據說明大多數受訪者認為該多功能智能床頭柜設計的外觀造型應屬于比較新穎或非常新穎的等級。因此，說明該作品的設計基本符合人們對外觀造型的內在要求。故從外觀造型的角度來看，該作品的設計基本達到了預期的效果。

4 結論

在多功能智能床頭柜設計中，通過功能需求分析，采用統一與變化的設計理念，完成了智能床頭柜的結構和控制系統設計。從系統的硬件測試和外觀造型設計的問卷調查兩個方面驗證了該作品的方案設計合理性，基本達到了預期目標。下一步工作，是對產品進行進一步完善，使其在經濟性、功能性、外觀、能耗等方面的特征更加合理。