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单片机技术在智能家具中的应用与发展

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浙江蓝炬星集成灶 单片机技术从最初问世至今已走过了近 30a 的发展历程,纵观其 30a 的发展可以看出,在以微处理器(MPU)技术和超大规模集成电路技术发展的先 导下,单片机技术不断发展成熟并迅速向其他应用领域延伸特别是在近年来 新兴的智能家具领域表现出极大的发展潜力,其自身也已随着科技的进步开始 向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能和外围电路内装化等方向发 展单片机技术对于家具行业的巨大作用不仅仅表现于使家具更加安全、舒适、 绿色和环保,而且使家具从机电一体化向着智能自动化大步迈进1 单片机的发展单片机的发展 单片机的出现得益于 1970 年微处理器的成功研制1971 年美国 Intel 公司生产的 4 位单片机 4004,1972 年生产的雏型 8 位单片 8008,特别是 1976 年 9 月 Intel 公司的 MCS-48 单片机问世以来,在短短的十几年间,经历了多次更 新换代,其发展速度大约每 2-3a 要更新一代,集成度增加一倍,功能翻一番 其惊人的发展速度和广阔的应用范围为世界所惊叹,形成了一股单片机应用热 潮单片机从其最初产生发展到如今的最新一代单片机,主要经历了 SCM,即 单片微型计算机(Sin¬gleChipMicrocomputer)阶段;MCU,即微控制器 (MicroControllerUnit)阶段;SoC,即系统集成芯片设计技术(SystemonaChip)阶段。

特别是在 SoC 阶段,它指的是一种多芯片整体整合的设计方法,集成各种功能 模块,每一种功能都是由硬件描述语言设计程序,然后在 SoC 内由电路实现的 每一个模块不是一个已经设计成熟的 ASIC“器件” ,只是利用芯片的一部分资源 去实现某种传统的功能SoC 可以有效地降低电子信息系统产品的开发成本, 缩短开发周期,提高产品的竞争力,是未来工业界将采用的最主要的产品开发 方式单片机之所以会在这么短的时间内被广泛的应用,首先归功于其控制功能, 即让产品实现计算机控制于此同时其具有的寿命长、体积小、功耗小、可靠 性好以及性价比高等特点,也是其高速发展的本源2 单片机的应用领域单片机的应用领域 近年来,随着单片机技术的快速发展与广泛应用,其身影几乎已遍布 于我们生活的各个领域具体来说主要集中在以下几个方面 (1)仪器仪表领域由于单片机所具有的小体积、低功耗、长寿命、高 可靠性、扩展灵活以及性价比高等特点,非常适合于仪器仪表有限的内部空间 和低成本的要求,同时又可与不同类型的传感器相结合,实现对多种物理量的 测定,使仪器仪表真正实现智能化 (2)工业自动化领域在工业过程控制、监测、工业控制器及机电一体 化控制系统中,除了一些小型工控机之外,许多都是由单片机为核心组成的单 机或多机网络系统。

如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统和行 走系统等节点构成的多机网络系统 (3)电器领域在当今电器的生产中,几乎不能脱离单片机的使用在 家电中,小到遥控器和电子秤,大到液晶电视和洗衣机等,都采用了不同型号 的单片机来实现智能化功能在其他电器中,例如各种医用呼吸机、分析仪和 监护仪等,也都广泛采用各种单片机 (4)通讯和网络领域由于最新的单片机几乎都具有通讯接口,可以非 常方便的实现不同设备间的数据交换,为满足近些年来通讯及网络需求持续增 长提供了良好的物质条件例如在 PDA、、对讲机和路由器等设备中都有浙江蓝炬星集成灶 单片机的影子 (5)交通设备领域现如今为了给乘客们提供更好的旅途感受,交通工 具的发展也是日新月异,越来越趋向智能化例如飞机上的自动飞行控制系统、 高铁及动车上的智能烟雾感应器和汽车发动机上的连续可变气门正时机构等, 都是新型多功能单片机应用的结果 (6)智能家居领域随着社会的发展,人们对居住环境及其安全性要求 也随之越来越高,另一方面由于燃气泄露而引起中毒和火灾事故,以及屋内无 人时的入室盗窃案件时有发生给家庭和社会带来了巨大损失,因此普通的家庭 装修已经不能满足人们的需要,而能够对室内环境温湿度、可燃气体泄露以及 非法入室进行实时监测及控制,并及时报警的智能家庭环境监控系统开始为人 们所广泛接受。

可以说家居智能化已成为现代生活的标志之一,而单片机技术 的发展正好给智能家居系统的发展带来了新的契机,可以使智能家居更加便捷、 经济、高效3 单片机在家具领域的应用单片机在家具领域的应用 在介绍单片机在智能家具领域的应用之前,首先简单了解其在智能建筑 和智能家居领域的应用,因为家具是从属于建筑和家居这个范畴内1984 年 1 月,美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州 哈特佛特市的 CityPlaceBuilding,世界上第一座智能化大楼诞生,它成功地将 4C 技术(Computer 计算机技术、Control 控制技术、Communication 通信技术和 CRT 图形显示技术)应用于建筑当中,使建筑物具有通信、办公、建筑设备自 动化和智能化的特点,并为人们提供了一个“高效、安全、舒适、经济、便捷” 的工作、学习和生活环境,这一成果标志着智能建筑的形成,从此智能建筑便 在美、日、欧及世界各地蓬勃发展起来智能家居概念的起源甚早,但一直未有具体的建筑案例出现,直到 1984 年首栋智能化大楼诞生,从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕®智能家 居,在国外常用 SmartHome 表示,也可称为电子家庭(E-home)或数字家园 (Dig-italfamily)等。

其目标就是:将家庭中各种与信息相关的通讯设备,家用 电器和家庭保安装置通过家庭总线技术(HBS)连接到一个家庭智能化系统上进 行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管 理,并保持这些家庭设施与住宅 环境的和谐与协调此外,用户可以通过键盘设定系统的各项参数,还可以通 过显示器读取室内温湿度等信息来了解家居环境的实时状况 66最终目的是满 足人们在家庭中对安全、舒适、方便地工作和生活的需要进入 21 世纪以后, 伴随着智能家居的快速发展,智能家具作为智能家居中的一个重要组成部分也 随之进入到发展的快车道“智能”又叫做‘‘智慧” ,词典上的解释是具有人的 某些智商和能力;“家具” ,家庭用具,主要指床、柜、桌、椅、沙发等“智能 家具”顾名思义就是具有人的某些智商和能力的家庭用具它会搜集人的行为、 记录人的习惯,经过判断和处理,从而做出最能够满足人当时想法的家具换 个角度说,它是机器人,除了不能和您聊天;当然,如果您需要的话,它也能 做到,至少它能够接受您的语音指令,只要您的普通话、英语或日语标准智能家具”在目前国际上一般归类于‘‘概念家具” “概念”即前卫的、 新颖的、潮流的,有未来的趋势的,并且不具备大规模生产能力的。

但随着科 技进步,高新技术进入民用的进程加快,特别是单片机技术的飞速发展“智能 家具”就有了民用的技术基础智能家具按其使用性质分为民用型、工作型和 特殊型而其使用的技术除了传统家具生产工艺和机械传动技术之外,还包含浙江蓝炬星集成灶 计算机控制技术、数字通讯技术和传感技术等 计算机技术包括通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支而嵌入式 计算机系统最典型的代表就是单片机,它的广泛使用极大的推动了嵌入式计算 机系统的发展嵌入式系统是把微处理器(CPU)或微控制器(MCU)的系统电路 与其专用的软件平台相结合,以此来达到系统的最高效率,其设计的目的在于 满足某种特殊的功能嵌入式系统主要由中央处理器、内存、输入与输出、操 作系统和应用软件这 5 部分组成,其核心是嵌入式微处理器,即单片机作为 智能家具的核心和‘‘中枢神经系统” ,通过在智能家具中安装单片机,然后输 入编写好的特定控制系统,接着由该系统通过运行特定的应用程序对家具进行 管理和控制,从而实现一定智能目前,国内外家具市场出现的智能家具产品基本上都属于嵌入式系统另 一方面由于其诱人发展前景和巨大消费市场,国内外企业都已经投入巨大的人 力物力开始对智能家具进行开发研究,市场竞争也日趋白热化。

在国外,几乎所以发达国家都在美国成功建成第一幢智能建筑后,开始竞 相设计开发各种类型的智能家居和家具方案特别是在进入 21 世纪以后,国外 智能家居和家具技术的发展达到了鼎盛2000 年 4 月,德国弗劳恩霍夫研究会 与 11 家公司联手合作,建成一座内部完全实现了电子化和网络化的样板智能住 宅;2005 年最受关注的当属美国微软公司总裁比尔•盖茨花费巨资构建的智能 家居系统,堪称当今智能家居的经典之作为了与智能家居相匹配,国外的智能家具也随之取得了快速的发展,一些 智能化家具产品及其相关的配套产品已经开始进入人们的生活2003 年爱尔兰 的兰开斯特大学与苏黎世、德国、瑞典及芬兰等学府合作开发智能科技,发明 了一系列智能家具如其开发的‘‘智能书架”会在负荷过重时做出投诉‘智 能药品柜”会在药物过期时发出警告;“智能沙发”可以开启电视机、激活电 话录音机、订外卖,甚至还可以认出是谁坐在沙发上,懂得说欢迎辞美国纽 约现代博物馆展馆中央放着一张智能化桌子,里面装了 400 多个芯片及 20 多个 网络接入点,通过感应手的动作,控制有信息装置的特定物体德国乌尔姆大 学的一个研究小组研制出了一种智能轮椅,它安装有一个先进的导航系统,这 一系统利用它的传感器和激光仪连续不断地搜索其周围的障碍物,然后利用自 身的嵌入式小型计算机分析出如何选择穿过人群的最佳路线,从而能自动穿行 于拥挤的火车站大厅,而不会与人相撞。

在国内,智能家居行业起步于 20 世纪 80 年代末尽管起步较晚,但发展 非常迅速,这主要归功于国外相关的先进技术所提供的借鉴和参考作用,以及 政府的大力扶持1986 年国家科委和国家计委将“智能化办公大楼可行性研究” 列为国家“七五”重点科技攻关项目;1996 年 2 月,建设部成立建设部科技委 智能建筑技术开发推广中心,以协助有关部门管理我国的智能建筑市场,并于 1998 年成立建筑智能化系统工程设计专家委员会;2000 年我国正式开始实施智 能化试点工作;2004 年 8 月,国家经贸委成立了家庭信息网络技术委员会,将 信息网络技术体系研究及产品开发作为国家技术创新重点专项计划;2008 年 2 月 29 日,第三届中国国际建筑智能化暨住宅社区数字化展览会在北京国际会展 中心召开,会议探讨了先进的技术热点问题,展示了家居数字化发展的前沿动 态国内智能家居的快速发展必然带动其附属领域的智能家具行业的发展,一 部分具有超前意识的家具生产研发企业在借鉴参考国外同行经验成果的基础上,浙江蓝炬星集成灶 努力创新,生产出符合中国国情的智能家具产品家具智能化必然是未来家具 发展的主要趋势之一青川提到未来社会家具将向智能化、生态化趋势发展, 家具的使用材料将向自然材料与模拟仿真的高科技智能化的多元人工材料方向 发展。

王树才等人提出机电一体化家具的概念,定义集造型、机械传动、电器 电路于一体的家具为机电一体化家具,并指出机电一体化家具的发展趋势为智 能化家具深圳市大富豪实业发展有限公司,正以‘‘富之岛•小狗第一”的旗 帜在国内率先推出了智能婴儿床,能在婴儿尿床时立即向家长发出温馨提示 另外还有能够定时自动弹起的懒汉床、能够接受声音指令的智能按摩床、能教 人化妆的梳妆台等等众多新款智能家具这些家具之所以具有智能,除了传感 器和硬件控制电路以外,单片机发挥了大脑指挥作用4 单片机在智能家具中应用的发展趋势单片机在智能家具中应用的发展趋势 从总体上来说,我国的智能家具发展尚处于探索阶段,在与国外同类 产品相比时缺乏足够的竞争力,这主要是由于我国智能家具研发起步较晚;家 具工业基础比较薄弱;从业人员素质不高,创新设计能力较差;加工工。

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