多功能智能床头柜设计

刘颖

（电子科技大学 成都学院智能制造工程系，四川成都，611731）

0 引言

随着国家十四五规划以来，针对床头柜行业的政策法律相继出台,床头柜企业的技术研发水平不断提高。同时，人们对床头柜的需求也逐年提升，因此研发智能床头柜，无论从工程价值和经济价值上，都具有良好的意义。当前在设计智能床头柜中，功能与结构的便民程度高低是能否在大众群体中广泛使用的考虑因素。目前，在现有的产品当中，有采用红外线感受器的功能[1]，也有设有摇表器，USB接口的装置[2]，还有配有无线充电桌面板、嵌入式智能语音音箱和灯光感应装置的功能[3],前人的设计解决了使用者躺在床上方便的拿取到抽屉的物品，可进行无线充电，实现智能家居控制的功能，或者当室内光线不足时，消除了用户寻找灯光开关的麻烦，但是，家居放在家中，还是需要保证安全的问题，比如说采用指纹解锁的方式可指定性开关抽屉，也可装置针孔摄像头来保障家中无人时的安全。综上所述，为了与时俱进，床头柜可以结合本身的功能，再添加指纹解锁，智能监控的安全时效性的配置，将储物与安全结合在一起，不仅可以保障人民的隐私财产安全，还在家居优化设计方面具有举足轻重的研究意义。

1 多功能智能床头柜的系统设计

通过对100名用户进行调研可知，人们对于床头柜的功能需求除了储物之外，还包括：个人隐私的保护、欣赏音乐、实时监控以及夜间照明灯。因此，在智能床头柜系统布局中，主要包括指纹识别模块、音频模块、监控模块以及照明模块，如图1所示。

图1 智能床头柜系统布局

(1)指纹识别模块：智能床头柜会采用指纹开锁的方式来保障用户的隐私及财产信息安全[4],当用户指纹吻合时，抽屉即会自动打开，极大地提高了安全系数，使用户使用体验放心。

(2)蓝牙音频模块：床头柜装配音响是可以更好的提高用户的生活幸福指数，当音响连接蓝牙，用户可在手机上先连接音响，再选择令自己悦耳的音乐在家中播放，放松自己，营造一个舒适的家庭氛围。采取手机控制，便捷又实用。

(3)监控模块：对于房间有1岁以下小孩的情况，智能床头柜的监控模块，可以实时观察小孩的动态，并将数据传输至手机，便于更好地照料。

(4)照明模块：当用户夜间起床时，当脚踏入地板时，床头柜下边有一条灯会感应到用户，就会自动发光，照亮用户前进的方向，当感应灯感应不到用户时，则会自动熄灭，既实用又节能。

2 多功能智能床头柜模型构建

2.1 功能与形态统一法概述

功能与形态统一，是产品造型法则中的统一与变化造型法则。该方法的具体操作步骤为：(1)产品功能确定。每一种产品都具有一定的功能，而被消费者接受。因此，在产品创新设计中，确定适用的功能是基本要素。首先通过问卷调查的方式拟定了智能床头柜的基本功能；(2)确定产品的模块。根据功能，确定能够实现该功能的基本结构或模块，从而奠定初步的产品设计雏形，即实现功能与形态的统一；(3)选择各结构或模块的类型并进行设计。结合产品的实际特点，确定合理的产品功能模块类型，例如：主控的选择、传感器类型的确定、芯片的选择等；(4)完成产品的初步设计方案并修正完善。根据产品各模块的结构，构建模型，并从实用性、经济型、工艺性等方面考虑，进行优化和完善。

2.2 三维模型的构建

图3 照明模块

按照上述方法的操作流程，结合前文所述的智能床头柜主要模块，分别构建各模块的三维模型，部分主要结构如图2和3所示。

图2 音频模块

床头柜的整体三维模型如图4所示。

图4 整体三维模型

2.3 控制系统设计

控制系统设计要是通过主控系统，实现指纹识别、音频播放等功能。限于篇幅，本文仅以指纹识别模块和蓝牙音频模块进行说明。

指纹识别模块采用Place Net Label的连接方式，即相同的Net Label代表硬件之间是通过物理连接实现的，线路设计具有更好的逻辑性，部分硬件电路设计如图5-7所示。

图5 单片机锁紧插座

图6 晶振电路

智能床头柜蓝牙音频模块主要包括：电源模块、功率放大器、信号处理器等，系统结构如图8所示，其核心部件-音频调节电路如图9所示。

图7 指纹接口

图8 智能音箱结构框图

图9 音频调节电路

根据文献[6]的研究结论，音频调节电路的芯片确定为TA7630，其电源电压为±5V，控制方式为双声道、直流控制，其音频的控制范围比较广，这些特点与智能床头柜的音箱功能要求相匹配。该电路的主要功能是处理输入的音频信号，变换信号的高、低音强度、调整双通道音频信号的平衡，从而输出放大的音频信号。

3 设计效果评价

3.1 系统测试

硬件设计完成后，对系统的部分功能进行了测试。测试是基于实际焊接完成的PCB板来进行，测试流程如图10所示。

图10 测试流程

以指纹模块为例，部分硬件测试程序为：

指纹模块测试结果如表1所示。

由表1所示，指纹模块中的各硬件通过程序编写、下载、调试，基本都能正常工作并准确显示识别结果，表明从功能上，该模块的设计是合理的，达到了预期的功能设定目标。

表1 指纹模块测试结果

同理，本课题对蓝牙音频模块、监控模块以及照明模块也进行了硬件测试，具体结果如表2所示。

表2 其余模块测试效果

综上所述，从系统的主要模块测试情况来看，均可以正常工作。说明系统的电路设计基本准确，程序编写合理，且控制电路中的元器件类型和参数选择基本准确（例如：蜂鸣器中的基级阻值等）。即多功能智能床头柜的主要功能基本实现，且达到了良好的运行精度。从这个方面来看，是符合要求的。

3.2 问卷调查

除功能因素外，多功能智能床头柜的外形设计，也是影响产品市场前景的重要因素。因此，本课题采用李克量表法，对该产品的造型进行评价。具体操作为：将造型的评价划分为5个等级：非常新颖、比较新颖、一般新颖、不新颖、极差。每个等级对应一定的分数，如表3所示。

表3 李克量表

该评价方式中，向20名资深专家发送问卷调查，对该作品设计进行打分，然后整理评价结果，作为判断造型设计是否合理的依据。此次问卷调查中，发放问卷20份，回收20份，问卷有效率100%，问卷调查结果如表4所示。

表4 问卷调查结果

从表4所示的结果来看，认为该作品造型比较新颖和非常新颖的专家达12人，占比为60%。该数据说明大多数受访者认为该多功能智能床头柜设计的外观造型应属于比较新颖或非常新颖的等级。因此，说明该作品的设计基本符合人们对外观造型的内在要求。故从外观造型的角度来看，该作品的设计基本达到了预期的效果。

4 结论

在多功能智能床头柜设计中，通过功能需求分析，采用统一与变化的设计理念，完成了智能床头柜的结构和控制系统设计。从系统的硬件测试和外观造型设计的问卷调查两个方面验证了该作品的方案设计合理性，基本达到了预期目标。下一步工作，是对产品进行进一步完善，使其在经济性、功能性、外观、能耗等方面的特征更加合理。