引言
随着信息技术的发展，各种智能产品走进了人们的生活。在传统床向智能床转变的过程中，它不仅是产品功能的演变，还代表着新的生活方式和健康理念。在将智能引入“床”的过程中，必须充分考虑用户的行为和心理体验，使“智能”与传统床相结合。智能床是一种具有智能化功能的床，属于电动床的一种，是利用大数据和传感器控制干预的电动床，它是顺应智能家居潮流而出现的产物。智能床有两种操控模式，用户可以根据自己的需要选择自动和手动模式。在手动模式下用户可自行调节，在自动模式情况下，智能床可以根据用户的体型、睡姿和睡眠状态，通过力传感器以及气囊去调节床面的高度和软硬度，还能缓解用户身体的疼痛。
当前国内智能床的使用领域较低，只有医院和养老院在护理中进行使用，而且普遍都是手动控制。智能床在我国已经发展很多年，但是由于国内的消费水平相对较低，导致智能床在国内的销售情况对比发达国家存在差异，以至于大部分人群对智能床的概念比较模糊。根据数据调查得知，智能床起源于欧美，目前不同国家和地区对智能床的接受程度差异较大，现阶段智能床的主要消费群体在欧美国家。目前我国仅有2%的消费者了解并使用过智能床，28% 的消费者表示听说过但没见过。然而，超过六成的消费者则表示完全不知道。同时，目前市场中的智能电动床功能相对还比较的单一，功能也在持续开发研究中，由此可见，国内智能床的市场前景十分广阔，本文设计的智能床控制系统具有重要研究意义。
1.系统需求分析
在压力倍增的现代都市，每个人都很难拥有一个良好的睡眠，人生大约三分之一的时间是在睡眠中度过的，睡眠的质量也一定程度上影响着人们生活的质量。在此背景下，很多企业都在布局这一领域研究。一些商家开始将高科技手段融入到床品设计当中，同时多功能电动床、医用智能电动床等为人类的生活带来了更多的便利。因此，智能家居的兴起助推了智能电动床的发展。卧室床加入电子设备和电机驱动后，就可以用平板电脑及手机来控制，不仅能带来健康优质睡眠，还能带来舒适的享受。
基于以上背景，本文阐述的智能床控制系统的目的是控制传感器实现健康检测、调整打鼾、心率监测等功能，让智能床的使用更加便捷舒适。使用者及其家属可以通过手机 APP 了解到使用者的各项关键体征数据，在数据异常时发出警鸣声，提醒家中其他家庭成员。并配置了智能语音功能，使用者可以设置起床时间，到达指定时间，智能床控制系统会产生震动并伴随语音播报，提醒使用者起床。最重要的是可以通过语音控制智能床的运作，省时又省力。特制的床垫和枕芯在关键位置都含有记忆金属，具有记忆功能，会自动记录使用者的睡眠习惯、睡眠姿态，可以灵活地适应使用者的各种需求。
2.系统设计方案
整个系统包含体温传感器、脉搏传感器、心电传感器等来采集使用者体温，脉搏等生理数据，提供唤醒服务和发出警报，联系紧急联系人服务。所有信息采集后经过控制中心处理，然后通过网关网络互连发送至手机APP上实时显示。 手机APP可通过控制中心控制智能床枕头、床垫升降，语音系统和床体震动等。所有信息经过采集后传送入控制中心处理，当使用者生理特征出现异常时，语音系统发出警鸣，并通过手机APP已存好的紧急联系人电话呼叫联系人。处理好的信息会记录使用者的使用习惯，如发现使用者出现打鼾时，自动调节枕头和床垫高度，保证睡眠质量。此外，还可以通过系统的控制中心控制智能床运动。
智能床控制系统根据功能的要求，采用模块化的硬件设计方法，结构清晰，可读性强。智能床主要包括：自动控温模块、软硬度调节模块、测量人体温度模块、心率监测模块、体重测量模块、自烘干和自清洁模块。智能床控制系统的设计将以充水垫及气垫结合的方式作为床板，通过垫子内置的温度传感器对温度进行即时监控。
智能床控制系统可以根据用户的体型、睡姿和睡眠状态，调节床面的高度和软硬度，还能缓解部分用户身体的疼痛。床垫的内部设有多个气囊，每个气囊的一端均连接有一根支气管，且支气管均穿过床垫上的开孔并延伸至控制箱中，位于控制箱内的支气管上连接有第一电磁阀，且位于控制箱内的支气管上连接有气压传感器，控制箱内设有气泵和控制器，每根支气管均连接在主气管上，主气管与气泵的输出端连接，且主气管上连接有排气管，排气管上连接有第二电磁阀。可针对每一位睡眠者的睡眠姿态来对床垫进行调节软硬程度，使睡眠者达到佳最科学的睡眠状态。智能床控制系统具有七大功能，具体功能如图一所示。
（1）自动控制床温：通过温度传感器测量到人的体温，将数据显示到显示屏上。
（2）自动控制软硬：通过力传器以及气囊去调节床面的高度和软硬度，还能缓解用户身体的疼痛。
（3）监测心率：采用振动式测量方法通过光纤传感器捕捉测量用户在睡眠状态时的心率以及皮肤湿润度等身体机能数据。
（4）监测体温：通过温度传感器测量到人的体温，将数据显示到显示屏上。
（5）测量体重：利用传感器感应到用户躺在床上时，床表面发生形变而引发了内置电阻的形状变化，从而测量到人体体重，同时显示出可视数字。
（6）自动清洁：智能床还可以通过过滤网和电磁刷除灰除螨。
（7）自动烘干：通过传感器感应出湿气度，当床的湿气度过高时通过风机进行烘干。
3.模块设计
3.1控温模块
智能床控制系统采用电子式温度控制器来实现控温，通过电阻感温的方法进行测量，采用热敏电阻为测温电阻并进行感应，从而达到控温的目的。当外界环境温度大于30度开始降温，当低于20度开始升温，若外界温度处于20-30 度时，将会一直测量外界的温度。电子温度控制器的基本工作原理是电桥原理。控制器中有三个电桥，即温度电桥、电感电桥和极限温度控制电桥。温度桥利用预定环境温度与实际温度的偏差，自动调节阀门开度，改变冷热空气的混合比，使床温保持在选定值。预感应电桥（温升率电桥） 感测供给床面空气的温度变化率，以控制温度控制阀的开启和关闭速度，从而减少过冲。极限温度控制桥与预定的最高温度相比，感觉进料床表面的空气温度。当达到预定的极限温度时，输出信号使温度控制阀朝完全冷却的方向旋转，从而保证安全。
3.2软硬度调节模块
智能床控制系统的软硬度调节是通过调节床内气囊的变化来实现的，具体设计流程如图二所示。
智能床控制系统能够通过传感系统实时采集人体压力数据，并通过人工智能技术识别体型和睡姿，通过用户在睡眠状态时是否安稳，来判断用户的睡眠状况是否良好，结合医学数据库，计算出人体当前睡姿下所需的最佳压力分布值和高度值。该实时传感系统能时刻采集人体各部位压力分布数据，自动识别人体睡姿和部位，并调节床表面的高度和软硬度，实时提供最健康、舒适的支撑。
3.3人体温度测量模块
智能床控制系统利用红外温度传感器测量人体温度，它采用热点偶的测量原理，对环境温度进行补偿，从而获得准确的测量效果。根据普朗克原理测出目标物与传感器或者是物体与环境温度之间差值。物体辐射能量的大小直接与物体的温度有关。 当测量出人体的温度在 36.5-37.5 度的范围内则表示正常，若是体温小于36.5 度或是大于37.5度时，则会通过显示屏提醒用户今天的温度不在一般的正常范围内，请预防发烧或其他疾病。
3.4心率测量模块
智能床控制系统心率测量模块采用的是振动式测量方法。心跳的过程中会引 起身体的振动，通过高精度的光纤传感器捕捉这一振动，再通过信号处理可以得到心率。光纤传感器测心率的原理是光在光纤内传播的过程中受到人体振动信号经敏感元件作用的影响使其发生变化，光电器件将光的变化转化为电信号的变化，通过电信号变化绘制出心电图，再通过数据处理得出心率，用户可以自行选择查看这一段时间内的心率变化情况。若检测到的心率过高或者过低，显示屏会自动提示，让用户自行预防，若发生意外，如心脏骤停可立即报警通知医院。
3.5体重测量模块
智能床控制系统体重测量模块利用力传感器测量体重，用户躺在床上使表面发生形变而引发内置电阻的形状变化，电阻形变必然引发电阻阻值发生变化，从而使内部电流发生变化产生相应的电信号，电信号经过处理后变成可视数字。用户还可以自行设置时间周期，以折线图或数字表格的形式显示在显示屏上，从而让用户可以查看自己近期体重变化情况。智能床可以根据用户近期的体重变化情况，为用户推荐较为合适的膳食表，使用户饮食更为健康。根据压力检测，若检测到有人，开始测量并记录体重，否则一直循环检测。
3.6自清洁模块
在智能床的气囊下面有一层过滤网上配有电磁刷，启动时，电磁刷可以通过静电吸附将床中的灰尘吸附到过滤网上，然后通过反复运动将灰尘在过滤网上移动从而将尘埃刷落，通过真空棒向床外排出，最终达到去除过滤网尘埃的作用，使用强大的吸力将尘螨、尘螨粪便等过敏源从床垫上彻底吸走。用户可以在智能床控制系统上设置闹钟提醒，一到设定时间，显示屏提醒用户对智能床进行清洁。
3.7自烘干模块
智能床在风机的抽力作用下实现烘干功能，具体做法是在床头位置安装一个小型抽风机，垂直立于床头位置，此抽风机可与过滤网连接便于把灰尘从真空管内排出屋外。烘干技术启动时，外面新鲜冷空气直接通过进风口与加热器热交换后变成干燥的热空气，再与床中的湿气进行热交换后被排出床外，在干燥热空气作用下水分逐步蒸发并烘干。当智能床控制系统检测到床内的湿度大于60% 时，将会进行自烘干。
4.结束语
总体而言，智能床以及智能家居会随着互联网等技术的进步和社会生活水平的提高而发展越来越快，在如今人们追求高性能、高智能的快节奏生活方式下，智能床控制系统可以为人们提供舒适便捷、节能安全的生活环境，智能床控制系统也会逐渐趋于个性化，智能床系统采用体温传感器、脉搏传感器、心电传感器等实时采集使用者的生理数据，通过控制中心进行信息处理，在智能床控制系统工作时发现异常情况下发出警报。这个系统设计结构合理，功能强大，实时查看各种参数，改善了人们睡眠质量，同时智能床控制系统可以通过语音控制智能床运行，操作方便，提升了家居舒适性，市场潜力巨大，具有很好的推广应用价值和广阔的市场前景。
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