基于物联网技术的智慧卧室平台研究

摘 要：基于物联网技术从智慧卧室概念着手进行智慧卧室平台研究。围绕智慧卧室平台框架搭建，以智能床产品为核心，联接外围物联网空调、智能窗帘、智能灯光等产品打造卧室的智能化和智慧化。以实际智能床产品开发经历，重点介绍了智慧卧室平台架构、核心的控制单元智能床功能和结构、智慧卧室典型应用场景等；以智能床的智能检测模块为触发点，联动卧室其他家电，实现以卧室为单元的智能家居场景。本文研究能够为同类方案推广应用提供参考。

关键词：智慧卧室；智能床；物联网；平台架构；家居互联；APP

中图分类号：TP39；TM391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2024）03-0-03

0 引 言

近年来随着信息技术的发展，各种智能产品映入人们的视野，各大头部厂商率先推出自己的物联网应用方案和多样化的应用场景，卧室场景应用也随之而来[1-4]。尤其是在当下面临各种生活压力下很多人都存在睡眠障碍，因此人们对睡眠质量的关注度日益提高，智慧卧室、智慧睡眠产品的概念在国内逐渐盛行。各种智能类产品如智能AI空调、智能窗帘、智能灯光、智能电视、智能床等开始走进我们的卧室，尽管某些类别的产品已初具智能互联功能，但远远还未达到智慧卧室、智慧睡眠的要求[5-8]。卧室是家庭的核心，我们每天有将近三分之一的时间在卧室度过，如何让卧室环境更智能、更人性化，让床具有更多智能化的模块，是改善睡眠质量、提高卧室智慧化水平的关键，对物联网技术应用得到进一步普及、智能家居走进千家万户具有重要意义[9-10]。

1 智慧卧室平台架构

智慧卧室就是在传统卧室的基础上引入物联网技术，以智能床为中心，通过互联网将空调、灯控、窗帘、加湿器、风扇、香薰机等家电连接在一起，通过手机APP设定场景，以智能床的检测模块来触发，通过云端操控自动调整房间灯光、温湿度、香薰、窗帘、风扇、床温床灯、睡姿、按摩、音乐等，尽可能实现人不动即可完成一系列场景设置和调整，达到真正的智能化和智慧化。如图1所示的智慧卧室平台示意图，整个卧室平台围绕云端运转，通过物联网技术，借助家庭无线网络（WiFi路由器或者网关），直接或者间接将以智能床为核心的包括空调、窗帘、灯光、香薰、空气净化器等卧室智能家电连接到云端，由云端统一协调控制。卧室家电与云端连接以及场景设定的入口是智慧卧室APP，智慧卧室APP通过手机网络和个人账户注册到云端，用户选择现有场景或者自定义场景后，通过智能床的各种检测模块触发，并由床将触发指令传到云端，由云端控制对应家电工作。

智慧卧室搭建流程如图2所示。首先在智慧卧室APP通过注册登录个人账户到云端获取云端资源，在APP设备管理界面添加设备，通过扫描设备二维码或者局域网（WiFi或者蓝牙）搜索到对应设备，获取对应的物理ID，选择与当前智慧卧室APP所在设备联网的AP并输入密码，将设备联网并注册到云端，以同样的方式将卧室中包括智能床、空调、窗帘在内的电器都注册到云端当中。智能床、空调等卧室家电借助互联网通过云端桥接在一起，搭建智慧卧室统一平台，实现卧室各家电互联互通、协力调配。

2 智能床整体设计

智能床产品作为智慧卧室的核心，是智慧卧室平台的硬件枢纽，是触发其他环节运行的前端，对实现卧室智能化和提高睡眠质量具有至关重要的作用。以我司开发的智能床产品为例，主要包括：电机曲线调节、气囊按摩、睡眠检测、人体检测、智能夜灯、环境监测、语音交互、智能音箱、无线连接等相关功能模块。硬件控制框图如图3所示。整个硬件控制以CPU为核心，外置Memory、PMU，功能模块包括按摩模块、电机控制、睡眠监测、智能夜灯、温湿度检测、无线通信、语音识别、鼾声识别、智能音箱等几大模块，主控采用全志R818平台，系统电源管理选用AXP305方案，外置Memory配置2G DDR4+16G EMMC5.1。

（1）按摩模块：采用气囊式按摩，整床设置6～12个独立气囊，通过气囊进气路径控制实现人体不同模式、不同位置推抚按摩，并且可以根据身高自定义不同模式下对应工作的气囊。整个模块控制包括两部分：气泵控制和电磁阀控制，气泵控制采用50 Hz的逆变驱动器和开关控制实现气泵启停，电磁阀控制采用IO扩展芯片，主控通过I2C通信实现对应的电磁阀开启闭合控制。

（2）电机控制模块：用于智能床的曲线调节，分为前电机控制和后电机控制，包括升降使能控制、极近极远位置检测、过载检测，保证电机升降调节的准确性和在承重范围内安全工作。

（3）睡眠检测：用于对人体生命体征检测，包括呼吸、心跳、体动、在离床等；并通过实时检测数据生成睡眠报告，用于评估睡眠质量、深睡浅睡情况，用于联动调整其他家电。本智能床睡眠检测采用压电薄膜方案，将体征信号通过转换传给主控，并借助算法实现实时数据检测，在本地或者云端均可生成睡眠报告，通过智能床APP或者智慧卧室APP推送给用户。

（4）智能夜灯：用于夜间起床照明使用，包括人体感应模块和夜灯控制模块，人体感应采用PIR+光感进行活体和光线亮度检测，检测距离在1.5 m左右，检测角度为135°，可以智能检测环境光线强弱和人体靠近或者下床的情况。夜灯控制包括开关控制和亮度控制，通过PWM调整实现多级亮度调整和渐亮渐灭。

（5）环境检测：主要用于床温和湿度检测，联动调控空调温度和抽湿机工作。采用二合一芯片，通过I2C和主控进行通信，实时传递温湿度信息。

（6）语音采集模块：用于语音识别和鼾声检测，采用两个双通道ADC芯片AC107，两麦克用于语音采集识别，两麦克用于鼾声识别检测，通过算法和模型训练实现在离线语音识别功能和鼾声检测。

（7）智能功放：用于睡眠音乐播放和语音交互，采用数字音频功放TAS5822，驱动2个10 W喇叭，自带均衡调节，实现立体声效果。

（8）无线模块：用于无线连接配网、APP控制、遥控器控制，无线模块采用瑞昱二合一comb方案rtl8723，支持蓝牙4.2和WiFi 2.4G，智能床APP采用蓝牙本地连接，遥控器采用WiFi直连，智慧卧室APP采用WiFi配网。

3 场景应用

智慧卧室场景一般包括回家场景、阅读场景、休息放松场景、睡觉场景、起床场景、离家场景、自定义场景等。各个场景以云端为网络枢纽，以智能床为硬件衔接枢纽，自主完成智能检测，如图4的复合场景典型应用所示。

预先设定一个作息时间并不断学习用户睡眠作息习惯，以智能床主控进行定时，在用户进入房间半个小时触发平台运行，空调自动开启以适宜的温度运行，空气净化器、香薰机自动开启，预先营造干净、芬芳四溢的房间环境，同时窗帘自动展开遮光。智能床PIR检测到用户进入房间时，房间主灯自动亮起，营造睡前灯光氛围。

当智能床睡眠检测模块检测到用户躺在床上时开始进入睡眠放松阶段，房间灯光自动变暗，智能床睡眠音乐开启，开启标准按摩，解除一天的疲劳。放松时间结束，按摩音乐停止，灯光调亮，智能床调整到阅读模式，开启睡眠阅读。结束一天的活动，正式进入睡眠，智能床自动调整到睡眠模式，开启睡眠音乐，关闭灯光。

当检测到入睡后，关闭睡眠音乐，根据睡眠情况实时调整空调温度；夜间起床时，检测到下床，智能床的智能夜灯亮起，方便用户在床边穿鞋。深夜熟睡，鼾声响起，床头自动抬高，等鼾声停止，恢复睡眠高度。清晨起床时刻，开启智能唤醒模式，音乐响起，床头缓缓抬起，催促用户起床，窗帘自动拉开，阳光照射房间；用户离开房间后，各个电器自动关闭。

4 结 语

本文围绕智慧卧室平台框架搭建，以实际产品开发经历和模型重点介绍了智慧卧室平台架构、核心的控制单元智能床功能和结构、智慧卧室典型应用场景等，以智能床的智能检测模块为触发，联动卧室其他家电，实现以卧室为单元的智能家居场景。本文详细介绍了该平台构成、智能床架构和物联场景应用，并进行了详细探讨，以期为同类方案推广应用提供参考。

参考文献

[1]詹佑，肖衡.智能床的研究与设计[J].电子制作，2020，27（24）：38-40.

[2]王岭娥，白佳荣. 基于语音控制的智能家居系统的设计与实现[J].华北理工大学学报，2019，41（3）：135-140.

[3]荀艳丽，焦库，张秦菲. 基于物联网的智能家居控制系统设计与实现[J].现代电子技术，2018，41（10）：74-76.

[4]江渝川. 基于远程物联网的智能家居图像控制系统的设计和实现[J].电视技术，2018，42（10）：147-150.

[5]周明，王振. 基于STM32单片机的智能床围灯设计[J].电子世界，2020，20（57）：130-131.

[6]秦颂羔. 智能床垫尽享科技生态睡眠[J].上海商业，2017，33（10）：49.

[7]李杰. 智能翻身医用床垫设计与研发[D].石家庄：河北科技大学，2019.

[8]束陈. 基于智能床垫的睡眠健康状况研究[D]. 北京：北京邮电大学，2018.

[9]赵敏，江朋友，谢文娣.基于物联网技术的智能床研究[J].电子制作，2019，26（9）：50-51.

[10]刘冰，周赛青，邹雪宇. 基于Kinect动作控制的智能家居系统

[J]. 科技创新与应用，2019，9（3）：84-85.