一種定位式恒溫傘柄結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

謝杰 稅鈺凇 馮明偉

摘要：本次設(shè)計(jì)的定位式恒溫傘柄由橡膠油表面柔化的西南鋁外殼、PL發(fā)熱片、智能溫控組成。定位式恒溫傘柄通過傘柄的橫截面360°發(fā)熱，將熱量均勻的傳遞到冰冷的手上，達(dá)到暖手的目的。并且其能進(jìn)行USB充電、發(fā)熱溫度調(diào)檔、一體式拆卸。用戶可通過手機(jī)APP或其它形式的控制終端來實(shí)現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)和尋找傘的實(shí)時(shí)位置。通過本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，能解決在冬日下雨期間舉傘手冷的問題。

Abstract： The positioning type thermostatic umbrella handle designed this time is composed of a Southwest aluminum shell with a soft rubber oil surface， a PL heating piece and an intelligent temperature control. The positioning type thermostatic umbrella handle generates heat through 360° of the cross section of the umbrella handle， and evenly transfers the heat to the cold hand， achieving the purpose of warming the hand. And it can carry out USB charging， heating temperature adjustment， and integrated disassembly. The user can adjust the temperature and find the real-time position of the umbrella through a mobile phone APP or other form of control terminal. Through the design of this product， it can solve the problem of cold hands holding umbrella during rain in winter.

關(guān)鍵詞：定位式;恒溫傘柄;USB充電;控制終端

Key words： positioning type;thermostatic umbrella handle;USB charging;control terminal

中圖分類號：TP27??????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0198-02

1? 背景

雨雪天打傘時(shí)手部會(huì)出現(xiàn)無法保暖的情況，特別是在天氣寒冷的地區(qū)，冰雨和冬風(fēng)對手的傷害是顯而易見的。人對低溫的耐受力是有限的，氣溫在10℃且風(fēng)較大時(shí)，手的皮膚溫度慢慢降低。當(dāng)手的皮膚溫度下降到15.5℃以下時(shí)，手的操作靈活性明顯降低[1]。在冬日行駛的摩托車的油門轉(zhuǎn)把，自行車的操縱柄，以及傘柄都能使用本次設(shè)計(jì)的恒溫傘柄的原理達(dá)到保溫的效果，從而保持手指的靈活度，避免手指凍僵影響身體健康或者工作效率。

國內(nèi)研究雨傘比較多的是傘架采用更耐磨和輕便的材料代替，傘身制作美觀，用料輕質(zhì)環(huán)保。但是卻不注重研究雨傘的手柄。本設(shè)計(jì)能讓人在冷天撐傘時(shí)保護(hù)手部不受寒風(fēng)侵蝕，減少因寒風(fēng)引起的手部健康問題，達(dá)到恒溫效果，同時(shí)加入了GPS定位功能，能防丟找回，一舉多得。

2? 總體設(shè)計(jì)方案

定位式恒溫傘柄由橡膠油表面柔化的西南鋁外殼、按鍵、發(fā)熱裝置（PL發(fā)熱片）、智能溫控芯片[2]（集成GPS）、LCD顯示屏組成。它的整體分為發(fā)熱模塊、供電模塊、藍(lán)牙定位模塊、溫控模塊。發(fā)熱模塊為陶瓷加熱器（PL發(fā)熱片）[3];供電模塊為帶有IC芯片可充電的聚合物鋰電池;定位模塊為外掛在主控芯片上可提供GPS進(jìn)行實(shí)時(shí)位置查找服務(wù)的芯片模塊;溫控模塊為以80C51單片機(jī)為核心的溫度精確的智能溫控系統(tǒng)。

通過傘柄的橫截面對握把手持部分360°發(fā)熱，將熱量均勻的傳遞到手上，達(dá)到暖手的目的;并且其能進(jìn)行USB充電、自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)熱溫度、模塊化處理、一體式拆卸;本產(chǎn)品的控制器部分集成了藍(lán)牙和GPS芯片，可以通過手機(jī)連接，實(shí)時(shí)顯示位置。在傘柄的下部有著USB插口和可以調(diào)節(jié)溫度的溫度調(diào)檔按鈕，同時(shí)本品在冬天用完后可以與普通傘柄進(jìn)行替換。使用本產(chǎn)品，用戶就能解決在冬日下雨期間打傘冷手的問題還能做到好用不丟失。

如圖2所示，開機(jī)后，裝置的控制系統(tǒng)將會(huì)初始化。外部的溫度傳感器對外部進(jìn)行溫度采集后通過AD轉(zhuǎn)換將溫度信號T轉(zhuǎn)化為電信號送入系統(tǒng)控制核心C51單片機(jī)中，該信號將會(huì)與程序預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較：若TA，則發(fā)熱模塊不工作。

基于apicloub平臺的移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目APP，其有完善的APP開發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈，擁有GPS定位模塊的相關(guān)適配程序。也封裝了很多功能模塊，可以下載使用。部分程序代碼也可以直接引用，主要需要進(jìn)行UI設(shè)計(jì)，APP端開發(fā)，服務(wù)器端開發(fā)，接口調(diào)試。當(dāng)使用者在客戶端操作智能傘柄時(shí)，會(huì)通過Http或者Socket協(xié)議發(fā)送指令到業(yè)務(wù)服務(wù)端，服務(wù)端接收到指令后將該指令下發(fā)到智能設(shè)備端，智能設(shè)備接收到指令并做出反饋，通過UDP或者TCP協(xié)議講信息上報(bào)業(yè)務(wù)端，業(yè)務(wù)端接收到反饋的數(shù)據(jù)下發(fā)到客戶端進(jìn)行展示。

3? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能溫控傘柄主要由發(fā)熱模塊、電源模塊、顯示模塊、控制模塊、定位模塊與外部框架六部分組成。大致設(shè)計(jì)思路為：打開電源開關(guān)后，傘柄的溫度數(shù)值將通過溫度傳感器和控制模塊在顯示模塊上顯示。然后通過溫度調(diào)節(jié)開關(guān)設(shè)定溫度，控制模塊將利用發(fā)熱模塊在電源模塊提供的電能下發(fā)熱，當(dāng)控制模塊利用溫度傳感器檢測到溫度達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)，將控制發(fā)熱量，并把溫度變化控制在一定范圍內(nèi)，以達(dá)到恒溫的目的。

定位式恒溫結(jié)構(gòu)外觀形狀為長方體，并對邊緣用了圓角處理。增加手掌與發(fā)熱部分的接觸面積，以達(dá)到更好的使用感。結(jié)構(gòu)小巧美觀，符合大眾審美觀念。分別能容納發(fā)熱模塊、電源模塊、顯示模塊、控制模塊、定位模塊。

如圖4所示，1是LCD顯示屏，鑲嵌在傘柄上部，與手掌握持部分隔開，不影響手持舒適度。主要式顯示的功能，通過溫度傳感器采集環(huán)境溫度，內(nèi)部控制模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將實(shí)時(shí)溫度顯示在LCD顯示屏上。2是向上調(diào)節(jié)溫度按鈕，設(shè)計(jì)為獨(dú)特的三角形結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)形狀也寓意著向上、升高的意思。3是向下調(diào)溫按鈕，與2箭頭符號相反，突出對稱美。4是電源開關(guān)，設(shè)計(jì)為圓形結(jié)構(gòu)，與整體功能按鍵不視覺上不沖突，需要使用傘柄時(shí)，使用者可長按電源開關(guān)4開機(jī)，之后傘柄內(nèi)部程序啟動(dòng)。5是USB充電接口，設(shè)計(jì)在底部不影響整體美觀，也有防止雨水濺到充電口里面的功能。6是連接傘柄的螺紋凹槽，方便拆卸并且穩(wěn)定性高，它與傘桿上的配套螺紋部分連接，可直接與市面上大多數(shù)普通的折疊傘連接使用。7是發(fā)熱模塊發(fā)熱的部分。8是固定單片機(jī)的基座。9是供電模塊，在整體設(shè)計(jì)上能容納更多電量的電池，從而增加發(fā)熱續(xù)航能力。

傘柄的外殼的大小根據(jù)成年人的手部設(shè)計(jì)，材質(zhì)為塑料，傘柄表面附有磨砂質(zhì)感的皮套增加手部摩擦力和提高使用者使用傘柄時(shí)的舒適度。

4? 具體工作原理

傘柄內(nèi)部有預(yù)先設(shè)定的溫度值，傘柄內(nèi)部控制模塊將實(shí)時(shí)把溫度傳感器采集到的數(shù)字與設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較，若溫度相較預(yù)先設(shè)定值低，則智能溫控傘柄裝置通過單片機(jī)控制發(fā)熱模塊7進(jìn)行加熱，加熱到預(yù)設(shè)溫度后便減少發(fā)熱量，以達(dá)到將溫度控制在一定范圍的目的。反之，如溫度過低則利用單片機(jī)進(jìn)行停止發(fā)熱控制;向上調(diào)溫按鈕2和向下調(diào)溫按鈕3主要用于使用者自主調(diào)節(jié)溫度，若使用者覺得初始設(shè)定的合適溫度不符合自己的感受，可連續(xù)按兩次電源開關(guān)4進(jìn)入自定義溫度模式，通過向上調(diào)溫按鈕2和向下調(diào)溫按鈕3來調(diào)節(jié)溫度，調(diào)節(jié)的溫度數(shù)值將在使用中代替控制模塊內(nèi)部程序中的溫度設(shè)定值，在本次使用中設(shè)定值將會(huì)保持在自主設(shè)定的溫度;不使用傘柄時(shí)，長按電源開關(guān)4將切斷電源智能溫控傘柄關(guān)閉。

5? 總結(jié)

通過組裝與產(chǎn)品測試，這款設(shè)計(jì)的定位式智能恒溫傘柄能實(shí)現(xiàn)通過按鍵開關(guān)控制溫度高低，同時(shí)將溫度數(shù)值將通過溫度傳感器和控制模塊在顯示模塊上顯示，并且能通過USB接口進(jìn)行調(diào)試和充放電，同時(shí)可通過GPS對本設(shè)備進(jìn)行定位，實(shí)用性廣。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，量產(chǎn)成本低，能源消耗較小，安全性，舒適性高，且能夠達(dá)到大部分雨天出行時(shí)所需要的手指保暖溫度并可以調(diào)節(jié)溫度高低，因此具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]褚新建.基于DS18B20的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2014.

[2]馮志彬，雷艷敏.基于單片機(jī)的暖手寶的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].長春大學(xué)學(xué)報(bào)，2016（12）.

[3]陽堯端.綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[J].職教與經(jīng)濟(jì)研究（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)），2009.

作者簡介：謝杰（1998-），男，四川宜賓人，本科，研究方向?yàn)橹悄芸烧{(diào)節(jié)發(fā)熱恒溫系統(tǒng)。