基于蓝牙技术的智能变形家具的设计分析

童小琴，占红桥，章博文

（武汉城市学院，湖北 武汉 430083）

0 引 言

住房需求是基本人权之一，当今社会，因为房价过高，人们要么支付高昂的租金，要么需要付出较长的通勤时间，才能找到合适的住房。近年来，由于我国一线、二线城市的房价过高，年轻人很难在大城市安居，使得很多年轻人只能选择成本较低的小户型房屋。对小户型住户而言，不仅需要减少家具的占地面积，还需要合理安排并有效利用住房空间，因此室内家具的功能性、储物收纳空间的利用率至关重要。

20世纪80年代初，欧美国家出现了多功能变形家具这一概念，近年来，变形家具开始走进中国市场，并逐渐受到消费者的青睐。变形家具采用独特的造型设计，用户只需通过简单的操作，比如翻转、推移、旋转、折叠等，改变五金构件的内部形态，就能实现家具外观造型和功能的转换，使得家具具有多种形态和功能。床、桌子和衣柜等是居家必备的家具，同时它们也占据了室内较大空间，为了巧妙地“节约空间”，本文设计了一款变形家具柜，该家具柜如图1所示。家具柜下安装有轨道，当家具柜向左移动时，空间变成了客厅和卧室，当衣柜向右移动时，床被收入柜底，为客厅提供最大空间；当床向左移动收入柜底时，空间变为客厅和衣帽间。为了避免仅依靠人力每天移动家具，笔者设计了一款基于蓝牙技术的“智能变形家具”，可实现家具的自动移动。本款智能家具用科技解构住宅空间，打造“0闲置空间”住宅，帮助使用者减少装修预算。

图1 变形家具模拟图

1 系统总体设计

本款家具的主体是一个衣柜，家具的一侧配有一张床，家具另一侧则是一张桌子。按动控制按钮，家具可自动向左或向右移动，使床移进或移出柜底，让空间在卧室、客厅和衣帽间之间进行切换。这款“智能变形家具”让用户的居住环境不再固定单一，卧室可以变成衣帽间，客厅空间也可自由伸缩，让住在小户型房屋中的用户享受更加便捷开阔的空间，成为人们能负担得起且能住得舒适的住宅。

本智能家具系统采用Arduino Nano作为主控制器，家具内部配备各式马达，借助电池运转，利用小电磁阀锁定到位，用户可通过控制按钮选择功能空间。同时，本系统配置了蓝牙模块，可通过蓝牙技术实现手机APP控制。由于按钮控制功能实现较为简单，故本文主要介绍手机APP控制。控制系统如图2所示。

图2 蓝牙控制系统

本系统采用ATK-HC06蓝牙模块。蓝牙HC06模块可用于蓝牙设备间的通信。蓝牙设备可分为主、从两种模式。作为主设备时，用于查找和连接其他设备；作为从设备时，被其他设备连接。蓝牙设备的通信模式可分为透明传输和AT命令两种模式。HC06蓝牙模块的引出接口包括VCC、GND、TXD、RXD，预留LED灯状态的输出脚。

VCC接电源的正极，电压范围为3.3～5.0 V，GND接地，TXD为模块串口发送引脚，RXD为模块串口接收引脚；KEY用于进入AT状态，高电平有效，该引脚受Arduino控制。LED引脚的功能是检测蓝牙模块是否已连接上其他蓝牙设备，如果蓝牙连接成功，则该引脚输出高电平，否则输出低电平。控制器可以通过该引脚的状态判断HC06蓝牙模块是否已连接成功。LED灯闪烁，表示未连接；LED灯常亮，表示已经连接并打开接口。

2 系统软件设计

本系统主要采用C语言编程。由Arduino控制板接收控制信号并输出处理，实现对相应硬件的控制。本系统采用安卓移动端APP发送指令给Arduino Nano，Arduino接收指令并驱动电机，实现对电机的远程控制。以Android 系统为例，安卓手机与Arduino通过蓝牙进行数据通信。当智能家具和手机之间的蓝牙连接未建立时，需利用AT指令设置蓝牙模块的名称、波特率以及配对密码等。当设备间建立蓝牙连接后，进入蓝牙传输模式。将Arduino开发板与计算机连接，当HC06模块上的红色LED灯以5次/s的频率快闪时，表示系统工作正常。

打开手机应用APP，手机与Arduino 蓝牙模块建立连接，将指令通过蓝牙发送至Arduino 蓝牙模块。启动APP后，系统首先判断是否支持蓝牙；确认支持后再判断蓝牙状态，此时应使蓝牙功能处于打开状态，并扫描、搜索附近蓝牙设备，完成与硬件采集设备的匹配与连接；连接成功后跳转到操作界面进行数据传输。Arduino通过蓝牙模块接收指令，并驱动电机动作。程序首先对Arduino Nano的引脚、串口波特率等进行初始化设置，将通信模块设置为接收状态，并使Arduino进入低功耗模式。当接收到正确数据后产生中断，对外围电路供电，系统各模块反馈信息给Arduino Nano。之后Arduino Nano退出低功耗模式，对数据进行处理，一方面驱动电机，另一方面通过蓝牙串口将数据发送至上位机。数据发送完成后系统再次进入低功耗模式。使用Arduino Nano编写蓝牙通信程序简单快捷，在完成串口通信波特率等参数初始化设置后，利用读串口函数读取传入的数据，根据读到的数据执行相应的动作。蓝牙通信模块框架如图3所示。

图3 蓝牙通信模块框架

本系统建模采用Solidworks软件，Solidworks软件功能强大，操作简便，虽然组件繁多但易学易用。使用该软件建立Solidworks装配体三维模型，并利用Solidworks motion运动仿真功能进行结构分析。

3 结 语

本文分析了基于蓝牙技术的智能变形家具的设计方法。系统以Arduino为控制核心，该家具可通过按钮控制，也可以利用蓝牙通信技术和智能终端控制，操作简便。本设计创新性采用科技化家具来解构空间，实现一房多用，有效降低了购房成本，同时帮助住户最大限度利用空间。居住空间在卧室、客厅、衣帽间之间可任意切换，闲置空间少，大大提升了小户型房屋的居住体验。本设计不同于普通的智能家居产品，经济实惠且使用方便，具有良好的市场前景。