摘要：由于科技的发展和收入的提高，如今人们越发重视生活条件的智能化、舒适化和便捷化。因此，智能家居应运而生，尤其是与睡眠质量息息相关的枕头。在保证安全性、经济性、可操作性的基础前提下，我们开发出一款主要通过压力感应来充放气，以达到智能调节枕头高度功能的自动充气枕。同时为其附加震动按摩、睡眠质量检测等功能，并通过蓝牙模块，让手机端与枕头终端实现互联。
关键词：智能充气枕；单片机；APP控制与检测；睡眠
一、背景分析
随着经济的发展、社会信息化程度的不断提高，智能家居的概念逐步走进了人们的生活。再加之人们越来越注重身体的舒适和睡眠的质量，枕头发展趋向“智能化”、“舒适化”就愈发明显，而这也对智能枕的舒适度、智能化提出了更高的要求。
二、作品意义
本作品针对人们当今睡眠质量状况及市场分析，结合STM32F103ZET6开发了一款主要通过压传感应充放气来达到智能调节枕头高度的自动充气枕。同时本作品附加震动按摩、睡眠质量检测、音乐播放及闹钟唤醒等功能，并通过蓝牙模块，让移动设备端与枕头实现互联及双向通信的功能。作品开发制作的意义在于：（1）解决市面上手动充气枕缺少智能化的不足（2）解决自充气式枕在长时间压缩后需要使用者用嘴吹气的不足（3）弥补由于填充材料回弹度不高而造成的垫子软的不足（4）解决市面上大多数智能枕舒适度不佳、附加功能单一、缺乏模块化的问题。
三、产品设计
图 1产品主要功能图
主要设计功能：
1自动充放气以实现智能调节高度：枕头通过内部元件的感应收集压力变化信息，对比标准数据，依托电磁阀、气泵等可完成不同条件下的对内置气囊的充放气，达到智能调节枕间高度的目的。
2.移动设备APP：开发与产品配套的“智能枕”APP，配合无线蓝牙技术，保证枕头和移动设备端的通信，便于用户端与枕头终端数据的双向信息交换。以此实现不同需求下，用户控制枕头充气、放气来调节枕头高度的可能，并且APP可达到显示睡眠时间、检测睡眠质量、选择按摩力度等辅助功能。
3.音乐播放及闹钟：通过手机端自主选择手机内已下载音乐，微型音响可播放助睡轻音乐、个人喜爱音乐，也可实现设置睡眠唤醒闹钟功能。
4.按摩：其中内部采用微型震动马达实现按摩功能，可在手机端调控按摩力度为“强”、“中”、“弱”三个等级，满足不同需求。
5.睡眠质量检测：后期研发将致力于通过图像处理技术对获取的图像数据即用户的睡眠姿势进行分析，并运用神经网络算法、训练数据等得到睡眠质量分数反馈给芯片实时处理，将睡眠质量反馈给用户，经过授权后自适应调节枕头高度，大大的提高了产品的舒适度与智能化。
四、硬件部分
1.STM32F103ZET6最小系统板：该单片机由意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3，属于中低端的32位ARM微控制器，融高性能、实时性、数字信号处理、低功耗、低电压于一身，同时保持高集成度和开发简易的特点。
2.压力传感器：是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。当用户靠在枕头上时，压传感应到压力，并发送数据给单片机。
3.DX-BT05 4.0蓝牙模块：该模组基于Bluetooth4.0 BLE技术，核心芯片采用TI（Texas Instruments）的CC2541，支持UART接口，并支持SPP蓝牙串口协议，可实现超低功耗短距离无线连接。用于实现终端设备与枕头的通信和控制。
4.RPF电阻电压转换器：用于检测压力传感器的电阻变化，并转换输出一个对应于这个压力的标准数字信号。
5.L298N直流驱动芯片：最小系统板和气泵，主要用来控制和驱动气泵的工作。
6.其他硬件：振动马达、电磁阀、气泵等设备提供自动充气枕的智能充气、震动按摩、睡眠质量检测等底层硬件基础。并且，枕头内部采用气囊与填充物以保证功能的实现和舒适性。
图 2硬件实物图
五、软件部分
1.单片机针对硬件电路程序的编写主要采用C语言。C语言是仅产生少量的机器语言以及不需要任何运行环境支持便能运行的高效率程序设计语言。
编译环境是Keil μVision4，由美国Keil Software公司出品的单片机C语言软件开发系统，将C语言程序通过其编译并下载到单片机开发板中进行功能调试。
2.用户APP则是基于Android Studio进行设计与开发，Android Studio是谷歌推出了新的Android开发环境，开发者可以在编写程序的同时看到自己的应用在不同尺寸屏幕中的样子。软件界面如图所示，手机上可以显示睡眠的时间、枕头的高度、调节枕头的高度、检测睡眠质量等。在用户选择项中，有“A”“B”“C”等8种调节充气方向与力度的模式；“K”代表一键泄气；“L”、“M”、“O”、“R”则代表振动按摩的力度。
图 3 APP界面图
六、总结
本作品关注生活健康，从实际出发，通过硬件与软件的结合，基本实现了智能枕充放气的基本功能，并且附加功能增加了产品竞争力和用户睡眠乐趣，后期通过大数据分析，升级软件，可满足不同人群的个性化需求，具有广阔的发展前景。作品的投入使用，有利于增加人们生活的幸福感和满足感，促进生活质量的提高，构建充满活力、安定有序的和谐社会。
基金项目：大学生研究性学习和创新性实验计划项目。
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论文作者:赵启威,许航,周睿,宋凌霄,袁世伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：枕头论文; 智能论文; 单片机论文; 睡眠论文; 功能论文; 高度论文; 蓝牙论文; 《电力设备》2018年第33期论文;