自動溫控床墊裝置的研制

吳煥新 徐慶華 楊春杰 ＊ 閆偉

(湖北理工學院機電工程學院,湖北黃石 435000)

自動溫控床墊裝置的研制

吳煥新 徐慶華 楊春杰 ＊ 閆偉

(湖北理工學院機電工程學院,湖北黃石 435000)

本文介紹了一款可自動調溫的可折疊床墊裝置,由單片機和溫度傳感器組成的溫控系統對電扇進行控制以達到自動調溫目的,并可折疊以節省占地空間。

自動調溫 床墊 可折疊

1 引言

隨著全球氣候變暖，溫室效應加劇，人們越來越提倡低碳、環保生活，鼓勵大家少用不用空調。但是在炎炎夏日，在沒有空調的情況下如何安眠成為了一個棘手的問題。為了有效解決這個問題，本文設計了一種自動溫控床墊裝置，很好地解決了這個難題。

2 產品主要功能指標

“自動溫控床墊”是一款集多種實用有效的功能于一體的床墊，它將我們的機械產品運用機電一體化的知識結構并與社會文化工業造型相結合，采用多個結構實現多項功能的整合，從而充分利用空間、最大程度節省資源。

這款床墊結合人體工學而設計，能隨空氣溫度的變化可自動調整溫度。

主要功能指標有：

床墊：長L=2000mm;寬W=1000mm，

總高度H=500mm。

小冷風扇：最大風速速度〈2m/s

額定功率P=6W

小熱風扇：最大風速速度〈2m/s

額定功率P=100W

大電扇：最大風速速度〈3m/s

圖1 自動溫控床墊裝配圖

圖2 床墊折疊示意圖(拆除了風扇和擋風板)

額定功率 P=25W

支撐重量：2000N

總體高度為：600～800mm

3 工作原理

自動溫控床墊是利用單片機通過溫度傳感器感應溫度的不同來控制冷風扇和熱風扇的工作狀態以達到對溫度的控制。如圖1所示。

圖3 控制系統流程圖

圖4 自動溫控床墊三維圖

該裝置采用懸空式構架將彈性床單(3)懸置于離床面50cm的空中。在彈性床單和床面之間用擋風板(7)設置成一個隔層，該隔層以床墊架的一邊為主軸可以旋轉0°至30°，以此來改變擋風板和床單之間的間隙大小。同時在床板的一側設置兩個小冷風扇(1)(4)和兩個熱風扇(2)(5)增加隔層空隙間的空氣流通，以增強散熱效果。在該床墊裝置的上方的一側，安裝一個大電扇(6)，保證人體上方的空氣流通和散熱。當秋季溫差較大時，比如上半夜，當室溫較高時，通過溫度傳感器(8)測出溫度值，并將溫度信號轉換為電信號傳遞到單片機中，通過單片機來控制冷風扇的開啟以及調節風速大小[1]。由于電機和電風扇是通過串行連接，所以在單片機調節電風扇的同時也在控制著電機的開關，以此來調節隔層和彈性床單的楔形角度，控制通風量的大小。當到了深夜，室溫下降到25°時，溫控裝置可自動測溫并關閉冷風扇;如果室溫繼續下降到20°時，將會啟動熱風扇，讓熱風扇不斷地向人體吹熱風，不至于使人著涼。通過溫控裝置使得人體附近的溫度維持在一個25°左右，讓我們休息時有一個舒適的環境。

4 主要零部件的結構設計

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，在床的的左右兩側鋼架上通過銷連接構成轉動副可以實現床墊的對折，示意圖如圖2所示，床頭可加載自動控溫電風扇支架，該支架和床墊裝置之間通過螺栓連接，拆裝比較方便。在床墊一側的溫度控制的自動風扇裝置可以插在床架橫梁的相應的槽口上，拆裝比較方便。其中如圖1所示，左邊兩個為冷風扇，右邊兩個為熱風扇。

4.2 精確溫度控制的自動風扇系統

精確溫度控制的自動風扇系統能夠在溫度達到設定的溫度時，控制電扇開始工作，當溫度降低時又控制電風扇停止工作，達到自動控溫的效果。

系統中的所有電風扇全部由單片機控制如圖2所示，以單片機作為控制器，通過編寫程序不但能將傳感器感測到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶還能把要設定的控制溫度值編入程序存儲于單片機中并讓單片機運行程序完成此指令，以調整風扇的速度和功率，滿足全方位的需求[3]。并且通過程序判斷溫度具有極高的精準度，能精確把握環境溫度的微小變化[4]。

4.3 床單

該裝置是采用懸空式構架將質地光滑、堅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。考慮到本設計主要針對住宿年輕學生及青年等人群，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、結實、親膚等特點并且在各個受力點加固處理。最大承重量可達到90Kg。

4.4 控制系統流程圖(如圖3所示)

5 三維仿真

采用ProE自動溫控床墊進行了模擬仿真，如圖4所示。

6 產品應用前景

隨著全球氣候變暖，溫室效應加劇，人們越來越提倡低碳、環保生活，鼓勵大家少用不用空調。但是在炎炎夏日，在沒有空調的情況下如何安眠成為了一個棘手的問題。為了有效解決這個問題，本文設計了一種自動溫控床墊裝置，很好地解決了這個難題。

該產品結構簡單，制造容易，如果批量生產成本不會超過100元，比較經濟實用，因此，一般家庭和在校大學生都可以承受。經過大量的市場調研，我們相信，自動溫控床墊裝置有著廣闊的發展前景，并可制造良好的社會效益與經濟效益。

[1]王化詳,張淑英.傳感器原理[M].天津：天津大學出版社,2002.

[2]徐灝.機械設計手冊(第5卷)[M].北京：機械工業出版社,2009.

[3]吳金戍,沈慶陽,郭庭吉.8051單片機實踐與應用[M].北京：清華大學出版社,2002.

[4]榮俊昌.新型電風扇原理與維修[M].北京：高等教育出版社,2004.

由湖北理工學院大學生科研創新項目資助,項目編號：12cx48。

吳煥新(1993—),男,漢族,湖北紅安縣人,2011年畢業于湖北省紅安縣第一中學,本科生,現就讀于湖北理工學院機電工程學院,專業：機械設計制造及自動化;

閆偉(1992—),男,漢族,甘肅白銀人,2011年畢業于甘肅省會寧縣第四中學,本科生,現就讀于湖北理工學院機電工程學院,專業：機械設計制造及其自動化。

楊春杰(1973—),女,黑龍江大興安嶺人,2001年畢業于武漢理工大學,工學碩士,現任教于湖北理工學院機電工程學院,副教授,研究方向：計算機圖形學、虛擬設計與仿真。