文 北京航空航天大學(xué)實驗學(xué)校中學(xué)部 趙天愷

一段時間以來，有關(guān)手機(jī)使用時出現(xiàn)問題的報道引起了我的興趣：一則是冬天在室外使用某品牌手機(jī)時，手機(jī)經(jīng)常自動關(guān)機(jī)；另一則是手機(jī)在持續(xù)使用時會發(fā)熱，特別是在玩大型游戲時很卡。

鑒于以上情況，我設(shè)計了一款可感知手機(jī)溫度并利用手機(jī)電池調(diào)節(jié)溫度的智能手機(jī)外殼。

一、基本結(jié)構(gòu)

1.外接殼體

如圖1所示，根據(jù)不同手機(jī)的大小和形狀，制作一個手機(jī)殼。手機(jī)殼的內(nèi)部是中空的，便于安裝溫度傳感器、加熱膜、散熱風(fēng)扇、驅(qū)動模塊、藍(lán)牙模塊、單片機(jī)、報警模塊和連接線等。殼體可以3D打印，也可以手工制作。

圖1 智能手機(jī)溫度調(diào)節(jié)殼示意圖

2.降溫元件

選用一款微型磁懸浮靜音風(fēng)扇，這種風(fēng)扇體積小，噪聲小，風(fēng)量較大。

3.加熱元件

選用PET柔性加熱膜，它具有形狀多樣、加溫迅速、加熱溫度范圍適中等特點。

4.隔熱材料

氣凝膠隔熱膜超薄、導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱效果好，可有效保護(hù)手機(jī)電子元器件不受高溫的影響。

5.藍(lán)牙模塊

安裝TELESKYHC-05藍(lán)牙模塊，用于手機(jī)和單片機(jī)之間的通信數(shù)據(jù)傳輸，控制手機(jī)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行。

6.單片機(jī)

選用STM32F103ZET6單片機(jī)作為手機(jī)溫度調(diào)節(jié)殼的主控單元。

7.驅(qū)動模塊

安裝三極管驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊由8550PNP型三極管和電阻、電容組成，可控制驅(qū)動加熱膜和散熱風(fēng)扇的運(yùn)行。

8.報警模塊

安裝YXDZ蜂鳴器報警模塊，當(dāng)溫度高于或低于警戒溫度時，單片機(jī)發(fā)出指令，報警器報警。

9.溫度傳感器

在溫控系統(tǒng)中安裝DS18B20數(shù)字溫度傳感器，用于檢測手機(jī)工作時的溫度。

圖2 手機(jī)調(diào)溫控制原理圖

二、工作原理

使用的軟件開發(fā)工具為KeilV5，開發(fā)出的控制程序能實現(xiàn)手機(jī)溫度調(diào)節(jié)裝置與手機(jī)主體的藍(lán)牙通信，實時測量溫度，判定當(dāng)前工作狀態(tài)，控制加熱膜通斷或風(fēng)扇啟停、報警模塊報警等。

如圖2所示，用溫度傳感器采集手機(jī)溫度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸送給單片機(jī)，并通過藍(lán)牙模塊與手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，智能手機(jī)的App可將數(shù)據(jù)顯示在手機(jī)屏幕上，使用者也可通過點擊App的按鈕調(diào)節(jié)溫度。同時，單片機(jī)根據(jù)從手機(jī)App發(fā)出的控制指令和溫度傳感器測得的數(shù)據(jù)，判斷需加熱還是降溫。

當(dāng)判斷需為手機(jī)加熱時，單片機(jī)給驅(qū)動模塊1指令通電，加熱膜電路接通，開始為手機(jī)加熱。達(dá)到設(shè)定的溫度后，單片機(jī)給驅(qū)動模塊1指令斷電，加熱膜停止工作。

當(dāng)判斷需為手機(jī)降溫時，單片機(jī)給驅(qū)動模塊2指令通電，散熱風(fēng)扇電路接通，扇葉旋轉(zhuǎn)為手機(jī)降溫。達(dá)到設(shè)定的溫度后，單片機(jī)給驅(qū)動模塊2指令斷電，散熱風(fēng)扇停止工作。

三、安裝過程

智能手機(jī)溫度調(diào)節(jié)殼利用3D打印制作，單片機(jī)、溫度傳感器、藍(lán)牙模塊、散熱風(fēng)扇、加熱膜、報警模塊和驅(qū)動模塊之間通過電路連接，在加熱膜背面墊上隔熱墊，并安裝在殼體內(nèi)，整個裝置組裝完畢，如圖3所示。之后將手機(jī)上安裝的與單片機(jī)配套的App打開，連接藍(lán)牙即可。

四、性能測試

1.加熱試驗

用冰袋將安裝了溫度調(diào)節(jié)手機(jī)殼的手機(jī)包裹起來，模擬寒冷環(huán)境。打開裝置開關(guān)，利用溫度計測量溫度，檢測到寒冷環(huán)境下手機(jī)溫度由最低16.1℃提升到平均 26℃。

2.降溫試驗

連續(xù)運(yùn)行多個手機(jī)網(wǎng)絡(luò)游戲，使手機(jī)達(dá)到過熱狀態(tài)。這時打開裝置開關(guān)，利用溫度計測量，手機(jī)溫度由最高48.8℃降低到平均28℃，說明智能手機(jī)溫度調(diào)節(jié)殼可以幫助手機(jī)散熱，避免手機(jī)過熱引起性能下降。

圖3 智能手機(jī)溫度調(diào)節(jié)殼組裝圖