多功能消毒毛巾架

袁玥 陳鈺怡 陳昕 楊翌云 俞智羽

摘要：南方空氣濕度大且有梅雨季節(jié)，冬天天氣陰冷，潮濕，不利于毛巾干燥、衛(wèi)生，以及部分地區(qū)的衛(wèi)生間狹小、潮濕、采光通風條件不好，不易晾曬等，不利于毛巾通風干燥，這就導致毛巾潮濕，容易滋生細菌。尤其南方的職工宿舍、學生宿舍、酒店等較擁擠的場所有一半處于北面，毛巾多，且放毛巾的衛(wèi)生間狹小，不利于毛巾干燥、容易滋生細菌，使用者帶來很不好的使用體驗，并帶來健康隱患。鑒于此，設計制作一個由基于 Arduino 的程序控制的自動加熱烘干毛巾的設備。該產品適用于酒店客房，工人宿舍，限制用電器功率的大學生住宿及家庭等。其使用成本低，安裝簡單，使用方便，實用于一切想要提升毛巾使用體驗的人群。

一、概述

Arduino 概述“Arduino 是一款便捷靈活、容易上手的開源電子開發(fā)平臺，包含硬件（各種型號的 Arduino 板）和軟件（Arduino IDE）。其功能十分強大，能在僅僅數(shù)平方厘米的面積上集成一個完整的控制系統(tǒng)，簡單來說就是一部微型的計算機，只要開發(fā)者寫得出來代碼其就能夠完成各種控制任務，而且用簡單易懂的C語言就能編程，很大程度降低了開發(fā)門檻，使編程人員能夠快速上手開發(fā);最重要的是這是一個開源平臺，意味著其所有的電路圖、軟件源碼、核心庫文件都對所有人開放，這種情況下就如基于 Linux 的 Android 一樣所有的開發(fā)者都能將自己的各種奇思異想變成各種代碼、硬件設計添加到這個平臺上，這賦予了 Arduino 極大的活力，使 Arduino 開發(fā)平臺在極短時間內火遍全球，被大量開發(fā)者應用在自己開發(fā)的硬件中。

本設計是采用 Arduino 平臺進行經(jīng)設計的，因為其具有以下優(yōu)點。1.1 便宜Arduino 板相當便宜。最廉價的 Arduino 能夠自己動手制作，即便組裝好的成品，也不會超出 200 元。

1.2 跨平臺Arduino 軟件在 Window，Linux 和 Macintosh OSX 平臺上都可以操作，而其他大部分單片機只能運行在Window操作系統(tǒng)下。

1.3 簡易的操作環(huán)境初學者很容易就可以學會 Arduino 的編程情況，同時，還能為高級用戶提供更高級的運用。不論對于教師還是學生，一般都很容易運用 processing 編程環(huán)境。

1.4 軟件開源并可拓展Arduino 軟件是開源的，對于有經(jīng)驗的程序員是可以拓展的。Arduino 編程語言可以通過 c++ 庫進行拓展。因為Arduino 語言是基于 AVR c 語言的，所以如果有人想要了解技術上的細節(jié)，可以通過Arduino語言直接使用AVR c語言。

二、產品功能

產品功能為達到這個目的，該設計滿足了以下功能。（1）高低功耗 + 電池供電模式。正常情況下會使用率很低，近似于毛巾保溫模式。（2）熱風烘干。在電熱絲加熱毛巾被動蒸發(fā)烘干的基礎上，毛巾架內置鼓風機將熱風吹到毛巾上進一步加速了水分蒸發(fā)，使毛巾能更加快速烘干。（3）多重安全保護。與潮濕毛巾接觸的用電設備的安全防護十分重要。首先采用電源與毛巾架分體式設計。將電源獨立出來遠離毛巾架，減少水濺射到電源上的幾率。其次毛巾烘干架主體所使用的電源最高是 DC 24V，避免了使用者因潮濕而觸電。此外，在長期接觸潮濕毛巾的不銹鋼橫桿與塑料固定支架之間在工廠組裝時都會用膠水密封。在電路中上設置了過電流過電壓保護，電流或電壓有一項超過設定安全值也會自動斷電，而且 24V 直流電源也自帶短路保護。

2.2 工作模式該產品具有兩種烘干模式，兩種不同的工作電壓，根據(jù)以下幾個特點進行產品設計。

2.2.1 兩種烘干模式（1）自動（默認）模式，系統(tǒng)內設置了一定的加熱時間，當系統(tǒng)通電時自動開始烘干，直到達到設定時間時自動停止。此種模式主要是為了方便使用，一般情況下打開電源就不需要再進行其他操作，方便高效。（2）限時模式，通過點按按鈕選擇不同的工作時長，系統(tǒng)會一直工作，直到設定時長才停止。此種模式是為了適應大小不同的毛巾，給使用者更多的選擇，產品適用面更廣。

2.2.2 兩種工作電壓（DC）（1）低功率模式（DC電壓：5V，電流：2A）：充電寶供電，或手機充電器供電（此種情況適用于限制電阻絲類電器及用電功率的學生宿舍）。（2）高功率模式（DC 電壓：24V，電流：2A）：此種模式使用的是更高功率的變壓器供電，因為更高電壓、更大電流的情況下可以實現(xiàn)更迅速烘干。

三、元器件原則

元件選型此設計使用的主要電子元件有：Arduino nano 開發(fā)板。（1）ARduino nano 采用的是 micro.USB 接口，考慮到Arduinonano 開發(fā)板體積更小，僅有 18mm×45mm，更易于產品的小型化，Arduino nano 開發(fā)板相比 Arduino UNO 和Arduino 101 開發(fā)板更加便宜，在產品成本方面更具優(yōu)勢，所以，此設計最終選用了 Arduino nano 開發(fā)板作為控制板。（2）Arduino 5V 高電平觸發(fā)繼電器。采用繼電器進行控制可實現(xiàn)電氣隔離，使系統(tǒng)能夠運行得更加穩(wěn)定，抗干擾能力更強。VCC：接電源正極;GND：接電源負極;IN：繼電器模組信號觸發(fā)端;常開端（NO）：繼電器常開端;常閉端（NC）：繼電器的常閉端;公共端（COM）：繼電器的公共端。 圖 2 Arduino nano 開發(fā)板 圖 3 Arduino 繼電器（3）云輝 MP1584EN DC.DC24V 轉 5V 可調降壓模塊。此模塊為貼片模塊，體積極為小巧且功率很大滿足使用要求，便于設備小型化。輸入電壓：4.5 ～ 28V;輸出電壓：0.8～20V;輸出電流：3A（最大）;工作溫度：-45～+85℃;尺寸大小：22mm×17mm×4mm（長 × 寬 × 高）。（4）靜音 5015 凈化器渦輪鼓風機。功率極低，靜音效果良好，設備運行時能夠更加安靜。額定電壓：DC 5V;額定電流：0.06A;轉數(shù)：2200±10%RPM;噪音：18DBA;出風口尺寸：20mm×15mm。圖 4 直流 24V 轉直流 5V 變壓器 圖 5 渦輪鼓風機 （5）特氟龍電熱絲 5V ～ 24V、40Ω/m 與 150Ω/m 的加熱線。耐高溫特氟龍外皮電熱絲與硅橡膠外皮的碳纖維電熱絲，通電加熱使用時安全穩(wěn)定。

四、操作流程

軟件設計該控制過程靈活多樣，分為三個模式：（1）通電默認執(zhí)行 8h 工作時間;不需要任何其他的操作;（2）按第一次按鈕執(zhí)行 6h 工作時間;（3）按第二次按鈕執(zhí)行 4h 工作時間;（4）按第三次按鈕進入待機，停止加熱;（5）按第四次按鈕回步驟。

五、結語

通過成功調試、試用，可以在幾個小時內完成潮濕毛巾的烘干殺菌，耗電量低，大約在 50W，能夠很好地解決毛巾潮濕細菌滋生的問題，能明顯改善使用體驗，提升使用者的生活質量。本設計與其他相似產品的創(chuàng)新之處在于采用成熟的開發(fā)平臺，產品結構簡單，價格低廉，安全高效，且使用成熟的平臺更有益于成本控制及產品更新。