智能溫控床墊的設計和研究

彭昊 魯芬 崔亞琪 趙恒 余文俊 牛晨蒙 高娜

摘 要 為了更好的對溫度進行智能化的控制，消除安全隱患以及解決電熱毯和水暖加熱床墊的缺點，本文設計了一種新型的智能化的溫度控制床墊。該床墊結合了國內(nèi)加熱電板原理和電熱毯的優(yōu)點，避免了漏電等情況，通過加強溫度控制使溫度達到人體舒適溫度，增強溫度多變多控這一調(diào)節(jié)功能，并且通過感熱裝置自動調(diào)節(jié)床板的溫度，使床溫控制在一恒定溫度，從而避免了傳統(tǒng)的手工調(diào)控溫度這一弊端，加強了床板的實用性和多功能性。

關鍵詞 智能家居 智能溫控床墊

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A

0引言

傳統(tǒng)的電熱毯和水暖床墊存在著一些缺陷，不安全、不靈活、不智能。智能家居不但具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡通信、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境，還提供全面的信息交互功能。并且在床物品方面，國內(nèi)少有企業(yè)將電子技術運用到這一方面，這也大大的提高了創(chuàng)新能力，也同時表明這將是一個嶄新的領域，而且床物品消費廣泛，每家每戶都會用到，國內(nèi)市場發(fā)展迅速，在科技大爆炸的當代社會將有非常好的發(fā)展前景。我們的產(chǎn)品可以結合國內(nèi)加熱電板原理和電熱毯的優(yōu)點，避免了漏電等情況，同時還提出控制變溫這一新概念，通過加強控制方面來使溫度達到人體舒適溫度，增強溫度多變多控這些調(diào)節(jié)功能，并且通過感熱裝置可以自動調(diào)節(jié)床板的溫度，自動調(diào)節(jié)可使床溫控制在恒定溫度，從而避免了傳統(tǒng)需手工調(diào)控溫度使溫度達到恒溫狀態(tài)這一弊端，加強了床板的實用性和多功能性。

1溫控床墊市場分析

傳統(tǒng)各類床墊都存在著這樣或那樣的缺陷。如水暖床墊，床體太柔軟，不適用于腰背不好的人，而且水床太過于潮濕，不適于人們長期睡眠，況且水床里的水一碰便蕩來蕩去，把床鋪弄得凌凌亂亂，換水時比較麻煩，在長期使用時，水床會遇到漏水的問題，使用復合地板就會導致房間地板的“災難”。有人將水換做空氣作為調(diào)控溫度的介質(zhì)，但無法控溫。普通電熱毯大都選用金屬電阻絲作為電熱元件，金屬電阻絲電熱轉換率低能耗較高，并且電磁輻射量大。當電熱毯在長時間使用過程中，鎳鉻電阻絲會由于折疊或承重不均勻而出現(xiàn)斷裂，導致電熱毯損壞甚至導致漏電的安全性問題。而且傳統(tǒng)的電熱毯其表面衛(wèi)生狀況令人擔憂，由于其內(nèi)在分布著密集的發(fā)熱絲，不能水洗，電熱毯表面是由纖維面料構成，且電熱毯表面溫度大都與人體體表溫度相近，極易繁衍繁殖各種細菌，不適宜過敏性體質(zhì)的人。所以我們研究新型的智能溫控床墊，以取代電熱毯，避免用電熱毯時所帶來的缺點，在現(xiàn)有的基礎上進行創(chuàng)新。

2智能溫控床墊的設計

2.1構思

為了滿足市場的需求，解決傳統(tǒng)電熱毯和人體直接接觸不安全，不適用于各個年齡階段的人們，折疊容易斷電熱絲且不易清洗，不能很好的收拾它，和水暖加熱床墊太軟不被人們所接受的問題，我們研究一種新型的智能溫控床墊來代替電熱毯和水暖加熱床墊，“智能溫控床墊”是基于電熱毯和水暖加熱床墊而做了一些改進的研究項目，是一種可以智能化的控制溫度的床墊，會隨著溫度的變化而自動調(diào)節(jié)，運用于冬季取暖。不同于電熱毯所采用的毛毯和水暖加熱床墊的柔軟，我們采用床板的形式來解決電熱毯不方便清洗，不便于運輸，適用于各個年齡階段的問題。

2.2工作原理

該裝置采用懸空式構架將床墊的保護層懸置于離床面50cm的空中。采取了左右兩塊加熱層的設計，可以針對不同人的需求，使用不同的供溫模式，對左右兩塊分別供溫，并且在各自的供溫模式下，根據(jù)當時的溫度環(huán)境進行智能化的溫度調(diào)節(jié)。比如說當成年人和小孩子在一起睡眠時，由于成年人和小孩子對溫度的需求不同，所以要采取不同的溫度模式，成年人需求的溫度范圍較高，而小孩子的溫度需求較低。在不同的供溫模式下，左右兩塊的溫度控制范圍也就不一樣。通過溫度傳感器測出溫度值，并將溫度信號轉換為電信號傳遞到單片機中，通過單片機來檢測溫來控制加熱裝置是否工作。當所測的溫度超過原本設置的溫度區(qū)間時，加熱裝置停止工作。當所測得的溫度低于設置的溫度區(qū)間時，加熱裝置開始工作。通過智能化的溫度控制設備使得人體附近的溫度維持在一個舒適的范圍，且可以連接智能控制板和控制APP進行調(diào)節(jié)。并且在加熱設備的周圍增加一層保溫層，以減少熱量的散失，更加的環(huán)保節(jié)能。

2.3產(chǎn)品設計

智能溫控床墊主要分為四大部分：

第一部分：保護層。

保護層采用雙層的設計方式，最上面布置一層可拆卸的柔軟纖維，起到美觀，便于清洗和輔助絕緣的作用。然后在柔軟纖維的下面布置一層將整個床墊覆蓋的耐溫硅膠，起到主要絕緣避免漏電的作用，并且杜絕了水倒在床墊上后對床墊的影響，更加的安全。

第二部分：加熱層。

用加熱設備對鐵板進行加熱，以達到供溫的目的。并且使用了左右兩塊的設計，用溫度控制設備進行控制，可以做到分開控制分開供溫，可以滿足不同人的需求，并且更加的節(jié)能。

第三部分：保溫層。

在加熱設備的周圍增加一層保溫層，以減少熱量的散失，更加的環(huán)保節(jié)能。

第四部分：溫度控制區(qū)。

根據(jù)自身的需求，可以設置不同的溫度模式，針對所設置的溫度模式，可以用單片機進行智能化的溫度控制。并且可以連接智能控制板和控制APP進行遠程的溫度調(diào)節(jié)和溫度記錄。

智能控溫床墊對溫度控制很靈敏，對幼兒的成長發(fā)育和中老年的睡眠有很好的幫助作用，特別在兩個較為極端的季節(jié)中更能體現(xiàn)價值作用。在夏天老人和小孩不能長時間吹電風扇和空調(diào)，然而要想很舒服的睡眠就成了一個較為煩惱的問題，這時該床墊對溫度的控制就起到?jīng)Q定作用，讓人度過一舒舒服服的夜晚，并且在家中可以減少對空調(diào)等使用，從而達到節(jié)能的作用；在寒冷的冬天，為您提供溫暖的同時，也為您減少了電熱毯等產(chǎn)品給您帶來的不便和困擾，來解決傳統(tǒng)電熱毯和人體直接接觸不安全，不適用于各個年齡階段的人們，折疊容易斷電熱絲且不易清洗，不能很好的收拾它的問題。同時該床墊采用硬質(zhì)床板，有利于腰疼，骨質(zhì)疏松等人群使用。硬質(zhì)床墊的設計，不使用加熱、取暖功能時，也可以作為普通床墊，可以普及到每個家庭中。

2.4應用前景

我們的產(chǎn)品既結合了國內(nèi)加熱電板原理，又結合了電熱毯的優(yōu)點，避免了漏電等情況，同時還提出控制變溫這一新概念，通過加強控制方面來使溫度達到人體舒適溫度，增強溫度多變多控這一調(diào)節(jié)功能，并且通過感熱裝置可以自動調(diào)節(jié)床板的溫度，自動調(diào)節(jié)可使床溫控制在一恒定溫度，從而避免了傳統(tǒng)需手工調(diào)控溫度使溫度達到恒溫狀態(tài)這一弊端，加強了床板的實用性和多功能性。

基金項目：武昌工學院校級大學生科研項目，項目編號：2017XSC02。

參考文獻

[1] 王振強，高大志，孫鹿君，周春山.微機溫控儀的小型化和控溫精度問題[J].控制與決策，1988（02）。

[2] 方佩敏.0℃～150℃溫控儀的制作[J].電子世界，1997（07）.