单片机技术在智能家具中的应用与发展

陈慧琴

东南大学成贤学院电子工程系，江苏南京 210088

单片机技术在智能家具中的应用与发展

陈慧琴

东南大学成贤学院电子工程系，江苏南京 210088

单片机在智能家具领域的应用，给家具的发展带来革命性变化。本文分析探讨了智能家具的特点，论述了以单片机技术为代表的新科技在家具应用需求和前景，分析了智能家具的总体结构和硬件控制模块，有效促进了单片机在智能家具中的应用发展。

单片机技术；智能家具；应用

随着经济社会和技术的不断发展，家具行业的新技术应用越来越普及，基于单片机等新技术的智能家具规模越来越大，逐步发展成独立型产业。我国应合理调整传统家具行业，使其不断向科技化、智能化方向转变，进而提高其在市场中的竞争力。单片机技术作为智能家具的主要技术，需要进一步提高在家具中的应用层次和水平，并根据发展需求逐步改进和提高性能，使其与智能家具同步发展，推动智能家具行业的快速发展。

1 智能家具概念特点

1.1智能家具的概念

智能家具在分类上归于建筑与家居的范畴，是智能家居的重要组成部分，随着智能家居的发展，同步快速发展。智能家具就是将单片机技术、控制技术等应用到家具中去，使家具具备部分人工智能，是未来家具的发展趋势。智能家具所使用的技术包括传统的家具制造技术以及计算机技术和机械传动技术等。

2.2智能家具的特点

“智能”或“人工智能”，就是通过嵌入式硬件和软件程序，使家具具备一些人的智商和行为能力。“家具”，指家庭生活用具，主要指床、衣柜、沙发、桌子、椅子等。人工智能和家具结合的智能家具，使家具能根据人的行为、习惯，进行分析、判断，并根据预设的程序行动和处理，为人们提供安全、舒适、方便地工作和生活环境。

2 单片机技术在智能家具中应用

2.1单片机的发展现状

1970年，微处理器被成功地研制出来，单片机由此而出现。从1971年到1976年以来，单片机经历了多次的更新换代，在这十几年间，单片机在每2～3年就要更新一次，而且集成度与功能也会各自翻倍。这种发展之快、更新之快的单片机一时之间得到了广泛的关注与应用。单片机的发展从SCM，也就是单片微型计算机阶段，再到MCU，微控制器阶段、SoC、系统集成芯片设计技术等。尤其在SoC阶段，单片机作为将多芯片进行整合的手段，将各种功能模块的集成，通过电路来实现。这种单片机系统不仅可以降低电子信息系统产品的开发成本，还能够减少开发使用的时间，这在很大程度上提高了产品的竞争力。因为单片机具有的控制功能，且具有体积小、功耗损耗小、可靠性高、性价比优、以及使用周期长等特点，使得单片机技术广泛地应用于家具行业。

2.2基于单片机的智能家具特点

单片机作为智能家具“控制中枢”，就是在家具中安装单片机、传感器、通信设备和机械设备等，并在内部固化嵌入式控制系统，控制系统通过应用程序对家具内的传感设备、机械设备进行控制和管理。同时可以利用家庭总线技术（HBS）的功能，将家具、家用电器、家庭保安装置等有关信息的所有通讯设备连接到家庭智能化系统中，并统一家庭设施和住宅环境，使其之间保持协调，达到集中监视和管理家庭事务，或可进行异地操控，实现智能化家居。可以利用上位机设定各项系统参数，同时，可以在上位机显示屏上，或接入互联网通过手机APP实时掌握家具的各项状态参数，如衣柜的温度、湿度，床板的高度、倾斜角度等等，并可自动根据预设参数或通过上位机、手机APP控制橱柜除湿、通风、消毒，沙发扶手升降、窗帘开关等各项操作，提高人们家庭居住环境的舒适性、安全性、方便性等。

2.3智能家具中单片机的发展趋势

一是CMOS化。CMOS芯片是通过半导体工艺生产出来的，其不仅自身功耗较低，而且还能够对功耗的损耗进行有效控制。所以，在功耗精细管理状态下，单片机使智能家具可以同时达到节能与环保的要求。二是大容量化。随着人们对家具使用具有了新的要求，如使用用途多、功能多等，导致了多功能集成技术在发展中要求微处理器的性能，特别是存储器容量有了更高的需求。因此，需要不断运用新的工艺与手段，改进技术来促进大容量的片内存储器得以出现与运用。三是高性能化。利用流水线技术，以及精简指令集（RISC）结构的功能等，在一定程度上完善了CPU的性能，加快了指令运算的速度，提高了系统控制的可靠性。另外，因为提高了指令的运算速度，那么能够借助软件对I/O功能进行模拟，将虚拟外设的新概念加以引入，从而使未来家具多功能与高性能的需求得以满足。四是外围电路内装化。日后单片机的发展趋势是实现外围的电路内装。随着半导体集成工艺的快速发展，使部分液晶显示驱动器、声音发生器、监视定时器等许多外围功能器件，逐步集成于向单片机内部，这不仅能够减少单片机引脚的设置，使其结构越来越简化、规范，还提高了单片机的功能性、集成度，也使其体积越来越下，在最大程度上降低了家具整体造型设计的影响。

另外，智能家具产品的设计应还要积极考虑时间的问题，由三维尺寸的设计不断向时间的四维尺寸发展。例如，利用传感器的功能，调节桌面倾斜度，以设家具外形更加稳固，并实现桌面的自动折叠变形。需要进一步研究和探索四维设计，并进行实践应用。智能家具主要是单片机硬件设施的技术体现，在日后可以通过外围电路内置、高性能化、大容量化、以及互补金属氧化物半导体的有效应用等几个方面，来提高使单片机的性能，从而满足家具发展的需求。

2.4基于单片机的智能家具功能模块组成分析

智能家具总体结构如图1所示，从可以分为硬件部分和软件部分，硬件部分可以分为家具本体模块和单片机控制模块。

图1

1）家具功能模块。主要是普通家具的功能，满足人们存放衣服、起居、休息等，如椅子、桌子、沙发、碗橱、衣柜等的基本功能。

2）智能控制模块。主要是基于单片机、温度传感器、湿度传感器、功能设备（消毒设备、通风设备、除湿设备、温控设备、防霉设备等）、机械传动设备等，通过嵌入式程序在预设参数情况下实现自动控制，或人工通过上位机PC、手机App终端进行控制，控制模块结构如图2所示。

图2

3 结论与展望

科学技术的快速发展，特别是单片机技术和控制技术的飞速发展，使智能家居走入人们的家庭，作为智能家居的重要组成部分——智能家具，大幅度提高了人们生活的便利性、舒适性。单片机技术、控制技术等核心功能部件和家具的结合，极大提高了家具的发展水平。为进一步提高单片机等技术在智能家具中的运用效果，需根据市场需要进一步完善和改进单片机等技术在家具中的应用水平，满足人们日益增长的物质生活需要。

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1674-6708（2016）171-0094-02

陈慧琴，东南大学成贤学院电子工程系。