基于物聯網技術的智慧臥室平臺研究

摘 要：基于物聯網技術從智慧臥室概念著手進行智慧臥室平臺研究。圍繞智慧臥室平臺框架搭建，以智能床產品為核心，聯接外圍物聯網空調、智能窗簾、智能燈光等產品打造臥室的智能化和智慧化。以實際智能床產品開發經歷，重點介紹了智慧臥室平臺架構、核心的控制單元智能床功能和結構、智慧臥室典型應用場景等；以智能床的智能檢測模塊為觸發點，聯動臥室其他家電，實現以臥室為單元的智能家居場景。本文研究能夠為同類方案推廣應用提供參考。

關鍵詞：智慧臥室；智能床；物聯網；平臺架構；家居互聯；APP

中圖分類號：TP39；TM391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）03-0-03

0 引 言

近年來隨著信息技術的發展，各種智能產品映入人們的視野，各大頭部廠商率先推出自己的物聯網應用方案和多樣化的應用場景，臥室場景應用也隨之而來[1-4]。尤其是在當下面臨各種生活壓力下很多人都存在睡眠障礙，因此人們對睡眠質量的關注度日益提高，智慧臥室、智慧睡眠產品的概念在國內逐漸盛行。各種智能類產品如智能AI空調、智能窗簾、智能燈光、智能電視、智能床等開始走進我們的臥室，盡管某些類別的產品已初具智能互聯功能，但遠遠還未達到智慧臥室、智慧睡眠的要求[5-8]。臥室是家庭的核心，我們每天有將近三分之一的時間在臥室度過，如何讓臥室環境更智能、更人性化，讓床具有更多智能化的模塊，是改善睡眠質量、提高臥室智慧化水平的關鍵，對物聯網技術應用得到進一步普及、智能家居走進千家萬戶具有重要意義[9-10]。

1 智慧臥室平臺架構

智慧臥室就是在傳統臥室的基礎上引入物聯網技術，以智能床為中心，通過互聯網將空調、燈控、窗簾、加濕器、風扇、香薰機等家電連接在一起，通過手機APP設定場景，以智能床的檢測模塊來觸發，通過云端操控自動調整房間燈光、溫濕度、香薰、窗簾、風扇、床溫床燈、睡姿、按摩、音樂等，盡可能實現人不動即可完成一系列場景設置和調整，達到真正的智能化和智慧化。如圖1所示的智慧臥室平臺示意圖，整個臥室平臺圍繞云端運轉，通過物聯網技術，借助家庭無線網絡（WiFi路由器或者網關），直接或者間接將以智能床為核心的包括空調、窗簾、燈光、香薰、空氣凈化器等臥室智能家電連接到云端，由云端統一協調控制。臥室家電與云端連接以及場景設定的入口是智慧臥室APP，智慧臥室APP通過手機網絡和個人賬戶注冊到云端，用戶選擇現有場景或者自定義場景后，通過智能床的各種檢測模塊觸發，并由床將觸發指令傳到云端，由云端控制對應家電工作。

智慧臥室搭建流程如圖2所示。首先在智慧臥室APP通過注冊登錄個人賬戶到云端獲取云端資源，在APP設備管理界面添加設備，通過掃描設備二維碼或者局域網（WiFi或者藍牙）搜索到對應設備，獲取對應的物理ID，選擇與當前智慧臥室APP所在設備聯網的AP并輸入密碼，將設備聯網并注冊到云端，以同樣的方式將臥室中包括智能床、空調、窗簾在內的電器都注冊到云端當中。智能床、空調等臥室家電借助互聯網通過云端橋接在一起，搭建智慧臥室統一平臺，實現臥室各家電互聯互通、協力調配。

2 智能床整體設計

智能床產品作為智慧臥室的核心，是智慧臥室平臺的硬件樞紐，是觸發其他環節運行的前端，對實現臥室智能化和提高睡眠質量具有至關重要的作用。以我司開發的智能床產品為例，主要包括：電機曲線調節、氣囊按摩、睡眠檢測、人體檢測、智能夜燈、環境監測、語音交互、智能音箱、無線連接等相關功能模塊。硬件控制框圖如圖3所示。整個硬件控制以CPU為核心，外置Memory、PMU，功能模塊包括按摩模塊、電機控制、睡眠監測、智能夜燈、溫濕度檢測、無線通信、語音識別、鼾聲識別、智能音箱等幾大模塊，主控采用全志R818平臺，系統電源管理選用AXP305方案，外置Memory配置2G DDR4+16G EMMC5.1。

（1）按摩模塊：采用氣囊式按摩，整床設置6～12個獨立氣囊，通過氣囊進氣路徑控制實現人體不同模式、不同位置推撫按摩，并且可以根據身高自定義不同模式下對應工作的氣囊。整個模塊控制包括兩部分：氣泵控制和電磁閥控制，氣泵控制采用50 Hz的逆變驅動器和開關控制實現氣泵啟停，電磁閥控制采用IO擴展芯片，主控通過I2C通信實現對應的電磁閥開啟閉合控制。

（2）電機控制模塊：用于智能床的曲線調節，分為前電機控制和后電機控制，包括升降使能控制、極近極遠位置檢測、過載檢測，保證電機升降調節的準確性和在承重范圍內安全工作。

（3）睡眠檢測：用于對人體生命體征檢測，包括呼吸、心跳、體動、在離床等；并通過實時檢測數據生成睡眠報告，用于評估睡眠質量、深睡淺睡情況，用于聯動調整其他家電。本智能床睡眠檢測采用壓電薄膜方案，將體征信號通過轉換傳給主控，并借助算法實現實時數據檢測，在本地或者云端均可生成睡眠報告，通過智能床APP或者智慧臥室APP推送給用戶。

（4）智能夜燈：用于夜間起床照明使用，包括人體感應模塊和夜燈控制模塊，人體感應采用PIR+光感進行活體和光線亮度檢測，檢測距離在1.5 m左右，檢測角度為135°，可以智能檢測環境光線強弱和人體靠近或者下床的情況。夜燈控制包括開關控制和亮度控制，通過PWM調整實現多級亮度調整和漸亮漸滅。

（5）環境檢測：主要用于床溫和濕度檢測，聯動調控空調溫度和抽濕機工作。采用二合一芯片，通過I2C和主控進行通信，實時傳遞溫濕度信息。

（6）語音采集模塊：用于語音識別和鼾聲檢測，采用兩個雙通道ADC芯片AC107，兩麥克用于語音采集識別，兩麥克用于鼾聲識別檢測，通過算法和模型訓練實現在離線語音識別功能和鼾聲檢測。

（7）智能功放：用于睡眠音樂播放和語音交互，采用數字音頻功放TAS5822，驅動2個10 W喇叭，自帶均衡調節，實現立體聲效果。

（8）無線模塊：用于無線連接配網、APP控制、遙控器控制，無線模塊采用瑞昱二合一comb方案rtl8723，支持藍牙4.2和WiFi 2.4G，智能床APP采用藍牙本地連接，遙控器采用WiFi直連，智慧臥室APP采用WiFi配網。

3 場景應用

智慧臥室場景一般包括回家場景、閱讀場景、休息放松場景、睡覺場景、起床場景、離家場景、自定義場景等。各個場景以云端為網絡樞紐，以智能床為硬件銜接樞紐，自主完成智能檢測，如圖4的復合場景典型應用所示。

預先設定一個作息時間并不斷學習用戶睡眠作息習慣，以智能床主控進行定時，在用戶進入房間半個小時觸發平臺運行，空調自動開啟以適宜的溫度運行，空氣凈化器、香薰機自動開啟，預先營造干凈、芬芳四溢的房間環境，同時窗簾自動展開遮光。智能床PIR檢測到用戶進入房間時，房間主燈自動亮起，營造睡前燈光氛圍。

當智能床睡眠檢測模塊檢測到用戶躺在床上時開始進入睡眠放松階段，房間燈光自動變暗，智能床睡眠音樂開啟，開啟標準按摩，解除一天的疲勞。放松時間結束，按摩音樂停止，燈光調亮，智能床調整到閱讀模式，開啟睡眠閱讀。結束一天的活動，正式進入睡眠，智能床自動調整到睡眠模式，開啟睡眠音樂，關閉燈光。

當檢測到入睡后，關閉睡眠音樂，根據睡眠情況實時調整空調溫度；夜間起床時，檢測到下床，智能床的智能夜燈亮起，方便用戶在床邊穿鞋。深夜熟睡，鼾聲響起，床頭自動抬高，等鼾聲停止，恢復睡眠高度。清晨起床時刻，開啟智能喚醒模式，音樂響起，床頭緩緩抬起，催促用戶起床，窗簾自動拉開，陽光照射房間；用戶離開房間后，各個電器自動關閉。

4 結 語

本文圍繞智慧臥室平臺框架搭建，以實際產品開發經歷和模型重點介紹了智慧臥室平臺架構、核心的控制單元智能床功能和結構、智慧臥室典型應用場景等，以智能床的智能檢測模塊為觸發，聯動臥室其他家電，實現以臥室為單元的智能家居場景。本文詳細介紹了該平臺構成、智能床架構和物聯場景應用，并進行了詳細探討，以期為同類方案推廣應用提供參考。

參考文獻

[1]詹佑，肖衡.智能床的研究與設計[J].電子制作，2020，27（24）：38-40.

[2]王嶺娥，白佳榮. 基于語音控制的智能家居系統的設計與實現[J].華北理工大學學報，2019，41（3）：135-140.

[3]荀艷麗，焦庫，張秦菲. 基于物聯網的智能家居控制系統設計與實現[J].現代電子技術，2018，41（10）：74-76.

[4]江渝川. 基于遠程物聯網的智能家居圖像控制系統的設計和實現[J].電視技術，2018，42（10）：147-150.

[5]周明，王振. 基于STM32單片機的智能床圍燈設計[J].電子世界，2020，20（57）：130-131.

[6]秦頌羔. 智能床墊盡享科技生態睡眠[J].上海商業，2017，33（10）：49.

[7]李杰. 智能翻身醫用床墊設計與研發[D].石家莊：河北科技大學，2019.

[8]束陳. 基于智能床墊的睡眠健康狀況研究[D]. 北京：北京郵電大學，2018.

[9]趙敏，江朋友，謝文娣.基于物聯網技術的智能床研究[J].電子制作，2019，26（9）：50-51.

[10]劉冰，周賽青，鄒雪宇. 基于Kinect動作控制的智能家居系統

[J]. 科技創新與應用，2019，9（3）：84-85.