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(duì)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。
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(duì)手的傷害是顯而易見的。人對(duì)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(duì)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。
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(duì)外部進(jìn)行溫度采集后通過AD轉(zhuǎn)換將溫度信號(hào)T轉(zhuǎn)化為電信號(hào)送入系統(tǒng)控制核心C51單片機(jī)中，該信號(hào)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(tái)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(cè)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(zhǎng)方體，并對(duì)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。
如上圖所示，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(duì)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(hào)相反，突出對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)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(duì)本設(shè)備進(jìn)行定位，實(shí)用性廣。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。
來源： 價(jià)值工程謝杰 稅鈺凇 馮明偉
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