程 鑫 周 杰 史道玲 焦大衛(wèi) 石碩碩 汪 強 丁同民 余恒峰 曹敬威 汪 鑫

（安徽新華學(xué)院，安徽 合肥230000）

1 概述

隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展，居民生活的壓力也隨之增大，一天24 小時花費在工作上的時間大部分也超過了12 個小時，也就是說可以用在生活上的時間越來越少，為了減少居民在生活中的瑣碎時間，豐富生活，提升生活品質(zhì)，智能家居逐漸步入人們視野中，科技進步為社會帶來的便利不僅能夠豐富我們的生活，更能夠為生活創(chuàng)造足夠的便利，減少生活中的不便。

盛夏時節(jié)，梅雨連連。對于我國的大部分城市來說，每到七八月的雨季，不停的雨水給我們的生活帶來了各種各樣的麻煩，雨水在地板上不易被發(fā)現(xiàn)，極易造成行人不慎滑倒，存在嚴(yán)重的安全隱患，帶有雨水的傘放置在走廊里，水珠滲入地板下，會造成地板的開裂等等問題。隨著人們生活水平的提高，各個家庭的生活環(huán)境都有了很高的改善，對生活質(zhì)量和生活環(huán)境要求越來越高。剛從雨中收回來的雨傘不可能像之前一樣直接撐開放在客廳里面等待著雨傘風(fēng)干。

2 國內(nèi)外研究進展

目前，國內(nèi)的研究方向主要有熱風(fēng)干燥、海綿吸水、離心干燥等[1-4]。

2.1 熱風(fēng)的原理。使用風(fēng)機配合電加熱絲，將雨傘放置在機械內(nèi)部后，通過熱風(fēng)生成空間中的電熱絲與風(fēng)機協(xié)同工作，產(chǎn)生熱風(fēng)將雨傘烘干，優(yōu)點是烘干效果明顯，干燥的較為徹底，但缺點是功率大，耗能多，成本高，而且存在一定的安全隱患。

2.2 海綿吸水干燥。利用海綿自帶的多孔特性進行吸水，通過擠壓的方式增大雨傘和海綿的接觸面積，以達到更好的吸水效果，優(yōu)點就是簡單易操作，幾乎沒有功耗，節(jié)能環(huán)保，缺點則是脫水效果不夠徹底，且海綿的使用壽命比較短，還需要設(shè)置專門的出水孔來使海綿再脫水。

2.3 離心甩干。通過高速運轉(zhuǎn)下做勻速圓周運動利用離心原理將濕雨傘上的水分甩離。但是這樣設(shè)計兩個方面的壞處：一是房間的空間有限，撐開的雨傘占用太多的空間。二是雨傘上的雨水會在地板磚上留下水漬，還要自己清理一遍地面。

2.4 超聲波輔助干燥的雨傘烘干裝置。超聲波振動輔助熱風(fēng)、離心干燥的工作方式，具有干燥效率高等優(yōu)點，但其仍存在一定不足，如：在裝置工作時需要將傘完全撐開，占地面積大，同時該裝置的結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。就雨傘干燥裝置應(yīng)用場所而言，大多數(shù)雨傘干燥裝置應(yīng)用于地鐵站、圖書館、商場及學(xué)校等一些公共場所。

綜合來看，目前國內(nèi)的幾個研究方向各有優(yōu)劣，但顯然目前的研究成果都沒有得到實際性的生活轉(zhuǎn)化，沒有投入生產(chǎn)和使用，所以我們團隊的目標(biāo)就是打造出一款能夠便捷實用的生活機械，發(fā)展趨勢:從能源角度而言，普遍發(fā)展方向朝著電動方向發(fā)展，極少數(shù)環(huán)保類型的產(chǎn)品則采用人力帶動機構(gòu)，脫水方式則以離心和加熱為主，用鼓風(fēng)的方式輔助干燥，因此雨傘干燥器就是為了解決這些問題而存在的。

3 研究意義與創(chuàng)新點

3.1 項目的創(chuàng)新性。目前市場上有的設(shè)想是應(yīng)用在公眾場合，雨傘干燥器的創(chuàng)新性有以下幾點：（1）占用空間非常的小。（2）采用熱風(fēng)加熱的方法對雨傘進行干燥，這樣可以保證除水的效率并且可以避免雨水再次弄臟地面。（3）內(nèi)囊中積累的雨水可以及時排出。

而目前市場上一些靠旋轉(zhuǎn)排水的方法有兩個缺點：（1）雨水處理不干凈。（2）雨水并不能及時排出。占用太多的空間，還有排出來的水并沒有進行處理。本產(chǎn)品的設(shè)計是二個傘對應(yīng)著一個機器。機器可以根據(jù)外面天氣的濕度情況有著不同的應(yīng)對方法。目前在市場上并沒有類似的產(chǎn)品。

3.2 項目實用性。本產(chǎn)品是屬于一種智能家居，為的就是方便人們的生活，讓人們把一些不必要的時間可以用在更需要的地方上。本產(chǎn)品可以提高雨傘的使用壽命，可以提醒人們外出帶傘，更加方便人們的生活。在提醒的同時，可以給人們帶來更多的時間。

3.3 項目研究意義。為能夠減少雨傘水珠給室內(nèi)生活帶來的困擾，本文提出了一種能夠快速解決雨水的雨傘干燥器裝置，該裝置通過濕度傳感器和電機帶動風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，利用滑降系統(tǒng)制造封閉環(huán)境進行干燥。當(dāng)雨傘干燥時，電機停止工作；且通過濕度傳感器控制封蓋的上升和下降。設(shè)計分三層，分別存放短柄傘、長柄傘和收集雨水，可擺放在商場門口處。為此本項目以單片機系統(tǒng)為平臺，電動機及處理設(shè)備為主要控制對象，利用綜合布線技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、音頻、視頻技術(shù)將有關(guān)的設(shè)施進行高效集成，構(gòu)建一體化的控制管理系統(tǒng)，構(gòu)建智能、安全、便利的生活環(huán)境。

4 研究方案

4.1 研究內(nèi)容。研究難點：本產(chǎn)品的技術(shù)性不強，但主要的技術(shù)集中于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要的誤差特別的小，電熱阻的數(shù)據(jù)要控制在一定度數(shù)，不然溫度太高會起到相反的結(jié)果，會減少雨傘的使用壽命。電動機的聲音應(yīng)該減少到安全范圍，不能干擾人們的正常生活。如何把產(chǎn)品的外觀做的占用空間小，性能高，性價比高。預(yù)期目標(biāo)：可以實現(xiàn)下雨時提醒人們出門帶傘；快速把雨傘的水分處理；監(jiān)測室外的濕度情況；對雨傘的不同重力做出不同的反應(yīng)。

4.2 主要技術(shù)指標(biāo)。首先重力傳感器能夠根據(jù)雨傘重力的變化來確定電熱阻和電動機工作的時間、電熱阻和電動機的輸入電流的大小。確定當(dāng)?shù)氐臐穸葌魅霐?shù)據(jù)庫中，根據(jù)濕度傳感器的不同做出不同的反應(yīng)。

通過電源模塊、STM32 單片機模塊、傳感器模塊、滑槽、滑塊和鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)滑動，所有模塊讓系統(tǒng)可以正常工作。

4.3 研究方法、技術(shù)路線、可行性分析。研究方法：本產(chǎn)品主要是運用重力傳感器，濕度傳感器，電動機帶動子葉旋轉(zhuǎn)，和電熱阻，32 單片機。通過單片機控制傳感器和電動機電熱阻來實現(xiàn)對雨傘的干燥處理。并提醒人們外出有雨帶傘。雨傘干燥器工作流程圖如圖1 所示。

圖1 雨傘干燥器工作流程圖

可行性分析：本產(chǎn)品具體應(yīng)用于智能家居，目前市場上并沒有相應(yīng)的機器的出現(xiàn)，但是有一些概念出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上面。把網(wǎng)上的概念和本產(chǎn)品的設(shè)計理念相比來說本產(chǎn)品的占用空間更小，也更加方便，智能化。目前市場上還沒有出現(xiàn)類似的產(chǎn)品，本產(chǎn)品具有很好的市場影響。資源供應(yīng)簡單，市面上的材料完全能夠滿足，對于零件工藝的要求雖然有點需求但是以現(xiàn)在的機床設(shè)備來說完全能夠?qū)崿F(xiàn)，建設(shè)規(guī)模符合現(xiàn)在的精簡主義，設(shè)備上選用以STM32 為核心的電子器件。

5 研究內(nèi)容

5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計。電阻式氯化鋰濕度計，這個濕度傳感器的作用就是監(jiān)測外界的濕度變化，同時控制STM32 單片機。當(dāng)外界濕度高于設(shè)定值時，把電信號傳輸給STM32單片機，單片機控制滑蓋上升。當(dāng)雨傘放入柄槽的時候，應(yīng)變式稱重力傳感器接受信號，傳輸電信號給單片機，控制滑蓋下滑。（當(dāng)外界高于設(shè)定值時，可以使用單片機控制發(fā)光二極管，提醒人們外出帶傘）STM32 單片機可以控制電動機和電阻絲（在電熱元件附近裝上恒溫器，溫度超過預(yù)定溫度的時候切斷電路，起保護作用）。這樣可以有足夠的熱風(fēng)可以加熱雨傘。內(nèi)囊的四周和外殼的底部都有小孔，這樣可以做到空氣的交換。（內(nèi)部電路圖，如圖2 所示）

圖2 簡單內(nèi)部電路圖

圖3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

5.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文裝置的設(shè)計主要設(shè)計指標(biāo)是便攜小型化的清理裝置，通過一系列傳感器為雨傘能夠充分除去水珠，設(shè)計結(jié)構(gòu)的三維模型如圖3 所示，雨傘從頂端入口處滑蓋部分插入，通過傘柄槽將雨傘固定好，槽內(nèi)傳感器在感受到壓力時會啟動電動機開關(guān)，電阻絲和葉扇開始工作，為雨傘進行干燥。

5.3 設(shè)計優(yōu)勢。（1）本裝置可用于烘干折疊傘和長柄傘，是目前市場上較為為少見的“兩用雨傘干燥裝置”，該裝置可同時對長柄傘和折疊傘進行烘干，不具有局限性，滿足家庭對室內(nèi)雨傘干燥裝置的選擇需求，以方便家居生活，應(yīng)用范圍較其他裝置而言也較廣，很大程度上解決了市場所需。（2）本裝置克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了達到更高的工作效率，本文中熱風(fēng)干燥、離心干燥及超聲波振動加速干燥等多種干燥方式同時進行，通過控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，多種干燥方式達到了最大的組合；同時，利用濕氣處理組件和工作室的特點制造的微負壓環(huán)境可以降低水的沸點，大大提高了雨傘烘干的效率，實現(xiàn)了短時間取傘的目標(biāo)。另外，排水管道的側(cè)下方設(shè)計了直徑逐漸增大的環(huán)形結(jié)構(gòu)的出風(fēng)管道，有利于提高烘干效率，相對于市面上的雨傘烘干機更加節(jié)能。

6 結(jié)論

本文裝置在設(shè)計上最大程度考慮了將研究成果轉(zhuǎn)化為實際，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上占地面積小，且其將雨傘收攏后放置于裝置中，較其他裝置而言也大大節(jié)約了空間，便捷實用，符合室內(nèi)使用的要求。該設(shè)計與前人設(shè)計相比，在雨傘安置、輸送、干燥方式等方面進行了一定的改進，鑒于只需要使?jié)裼陚愀稍锏讲坏嗡某潭燃纯桑员卷椖康闹饕芯糠较驗檎w機械原理設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，在設(shè)計上有一定高度的創(chuàng)新，對主要的設(shè)計成果做了詳細的介紹，結(jié)構(gòu)設(shè)計在前人的基礎(chǔ)上進行了合理的優(yōu)化，但還有一些問題需要改進解決，例如各部件傳動數(shù)據(jù)的計算、電動機裝置材料的選擇等，希望后續(xù)工作能使裝置小型化、智能化，使其不僅能滿足公共場合的需求，更能成為智能家居的一部分，便利大家的生活。