吳煥新 徐慶華 楊春杰 ＊ 閆偉

(湖北理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,湖北黃石 435000)

自動(dòng)溫控床墊裝置的研制

吳煥新 徐慶華 楊春杰 ＊ 閆偉

(湖北理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,湖北黃石 435000)

本文介紹了一款可自動(dòng)調(diào)溫的可折疊床墊裝置,由單片機(jī)和溫度傳感器組成的溫控系統(tǒng)對(duì)電扇進(jìn)行控制以達(dá)到自動(dòng)調(diào)溫目的,并可折疊以節(jié)省占地空間。

自動(dòng)調(diào)溫 床墊 可折疊

1 引言

隨著全球氣候變暖，溫室效應(yīng)加劇，人們?cè)絹?lái)越提倡低碳、環(huán)保生活，鼓勵(lì)大家少用不用空調(diào)。但是在炎炎夏日，在沒(méi)有空調(diào)的情況下如何安眠成為了一個(gè)棘手的問(wèn)題。為了有效解決這個(gè)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)溫控床墊裝置，很好地解決了這個(gè)難題。

2 產(chǎn)品主要功能指標(biāo)

“自動(dòng)溫控床墊”是一款集多種實(shí)用有效的功能于一體的床墊，它將我們的機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)用機(jī)電一體化的知識(shí)結(jié)構(gòu)并與社會(huì)文化工業(yè)造型相結(jié)合，采用多個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能的整合，從而充分利用空間、最大程度節(jié)省資源。

這款床墊結(jié)合人體工學(xué)而設(shè)計(jì)，能隨空氣溫度的變化可自動(dòng)調(diào)整溫度。

主要功能指標(biāo)有：

床墊：長(zhǎng)L=2000mm;寬W=1000mm，

總高度H=500mm。

小冷風(fēng)扇：最大風(fēng)速速度〈2m/s

額定功率P=6W

小熱風(fēng)扇：最大風(fēng)速速度〈2m/s

額定功率P=100W

大電扇：最大風(fēng)速速度〈3m/s

圖1 自動(dòng)溫控床墊裝配圖

圖2 床墊折疊示意圖(拆除了風(fēng)扇和擋風(fēng)板)

額定功率 P=25W

支撐重量：2000N

總體高度為：600～800mm

3 工作原理

自動(dòng)溫控床墊是利用單片機(jī)通過(guò)溫度傳感器感應(yīng)溫度的不同來(lái)控制冷風(fēng)扇和熱風(fēng)扇的工作狀態(tài)以達(dá)到對(duì)溫度的控制。如圖1所示。

圖3 控制系統(tǒng)流程圖

圖4 自動(dòng)溫控床墊三維圖

該裝置采用懸空式構(gòu)架將彈性床單(3)懸置于離床面50cm的空中。在彈性床單和床面之間用擋風(fēng)板(7)設(shè)置成一個(gè)隔層，該隔層以床墊架的一邊為主軸可以旋轉(zhuǎn)0°至30°，以此來(lái)改變擋風(fēng)板和床單之間的間隙大小。同時(shí)在床板的一側(cè)設(shè)置兩個(gè)小冷風(fēng)扇(1)(4)和兩個(gè)熱風(fēng)扇(2)(5)增加隔層空隙間的空氣流通，以增強(qiáng)散熱效果。在該床墊裝置的上方的一側(cè)，安裝一個(gè)大電扇(6)，保證人體上方的空氣流通和散熱。當(dāng)秋季溫差較大時(shí)，比如上半夜，當(dāng)室溫較高時(shí)，通過(guò)溫度傳感器(8)測(cè)出溫度值，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞到單片機(jī)中，通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制冷風(fēng)扇的開(kāi)啟以及調(diào)節(jié)風(fēng)速大小[1]。由于電機(jī)和電風(fēng)扇是通過(guò)串行連接，所以在單片機(jī)調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的同時(shí)也在控制著電機(jī)的開(kāi)關(guān)，以此來(lái)調(diào)節(jié)隔層和彈性床單的楔形角度，控制通風(fēng)量的大小。當(dāng)?shù)搅松钜?，室溫下降?5°時(shí)，溫控裝置可自動(dòng)測(cè)溫并關(guān)閉冷風(fēng)扇;如果室溫繼續(xù)下降到20°時(shí)，將會(huì)啟動(dòng)熱風(fēng)扇，讓熱風(fēng)扇不斷地向人體吹熱風(fēng)，不至于使人著涼。通過(guò)溫控裝置使得人體附近的溫度維持在一個(gè)25°左右，讓我們休息時(shí)有一個(gè)舒適的環(huán)境。

4 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 床墊裝置

該床墊裝置可拆卸，床單是尼絲紡布所以可折疊且不占用太多的空間。因此采用可折疊的不銹鋼床墊，在床的的左右兩側(cè)鋼架上通過(guò)銷(xiāo)連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副可以實(shí)現(xiàn)床墊的對(duì)折，示意圖如圖2所示，床頭可加載自動(dòng)控溫電風(fēng)扇支架，該支架和床墊裝置之間通過(guò)螺栓連接，拆裝比較方便。在床墊一側(cè)的溫度控制的自動(dòng)風(fēng)扇裝置可以插在床架橫梁的相應(yīng)的槽口上，拆裝比較方便。其中如圖1所示，左邊兩個(gè)為冷風(fēng)扇，右邊兩個(gè)為熱風(fēng)扇。

4.2 精確溫度控制的自動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)

精確溫度控制的自動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)能夠在溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，控制電扇開(kāi)始工作，當(dāng)溫度降低時(shí)又控制電風(fēng)扇停止工作，達(dá)到自動(dòng)控溫的效果。

系統(tǒng)中的所有電風(fēng)扇全部由單片機(jī)控制如圖2所示，以單片機(jī)作為控制器，通過(guò)編寫(xiě)程序不但能將傳感器感測(cè)到的溫度通過(guò)顯示電路顯示出來(lái)，而且用戶(hù)還能把要設(shè)定的控制溫度值編入程序存儲(chǔ)于單片機(jī)中并讓單片機(jī)運(yùn)行程序完成此指令，以調(diào)整風(fēng)扇的速度和功率，滿足全方位的需求[3]。并且通過(guò)程序判斷溫度具有極高的精準(zhǔn)度，能精確把握環(huán)境溫度的微小變化[4]。

4.3 床單

該裝置是采用懸空式構(gòu)架將質(zhì)地光滑、堅(jiān)韌的彈性床單懸置于離床板50cm高度的空中，使人體與床板之間有一定的空隙以增加舒適性和散熱性。床單要有足夠的承載力以及足夠的韌性和彈性，因此選用吊床的材料比較適合?？紤]到本設(shè)計(jì)主要針對(duì)住宿年輕學(xué)生及青年等人群，以及舒適程度，床墊主要材料便選用采用降落傘布(210T尼絲紡)制成，具有透氣、輕巧、便攜、結(jié)實(shí)、親膚等特點(diǎn)并且在各個(gè)受力點(diǎn)加固處理。最大承重量可達(dá)到90Kg。

4.4 控制系統(tǒng)流程圖(如圖3所示)

5 三維仿真

采用ProE自動(dòng)溫控床墊進(jìn)行了模擬仿真，如圖4所示。

6 產(chǎn)品應(yīng)用前景

隨著全球氣候變暖，溫室效應(yīng)加劇，人們?cè)絹?lái)越提倡低碳、環(huán)保生活，鼓勵(lì)大家少用不用空調(diào)。但是在炎炎夏日，在沒(méi)有空調(diào)的情況下如何安眠成為了一個(gè)棘手的問(wèn)題。為了有效解決這個(gè)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)溫控床墊裝置，很好地解決了這個(gè)難題。

該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，如果批量生產(chǎn)成本不會(huì)超過(guò)100元，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因此，一般家庭和在校大學(xué)生都可以承受。經(jīng)過(guò)大量的市場(chǎng)調(diào)研，我們相信，自動(dòng)溫控床墊裝置有著廣闊的發(fā)展前景，并可制造良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王化詳,張淑英.傳感器原理[M].天津：天津大學(xué)出版社,2002.

[2]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第5卷)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[3]吳金戍,沈慶陽(yáng),郭庭吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社,2002.

[4]榮俊昌.新型電風(fēng)扇原理與維修[M].北京：高等教育出版社,2004.

由湖北理工學(xué)院大學(xué)生科研創(chuàng)新項(xiàng)目資助,項(xiàng)目編號(hào)：12cx48。

吳煥新(1993—),男,漢族,湖北紅安縣人,2011年畢業(yè)于湖北省紅安縣第一中學(xué),本科生,現(xiàn)就讀于湖北理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化;

閆偉(1992—),男,漢族,甘肅白銀人,2011年畢業(yè)于甘肅省會(huì)寧縣第四中學(xué),本科生,現(xiàn)就讀于湖北理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。

楊春杰(1973—),女,黑龍江大興安嶺人,2001年畢業(yè)于武漢理工大學(xué),工學(xué)碩士,現(xiàn)任教于湖北理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,副教授,研究方向：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬設(shè)計(jì)與仿真。