一种定位式恒温伞柄结构的设计

谢杰 税钰凇 冯明伟

摘要：本次设计的定位式恒温伞柄由橡胶油表面柔化的西南铝外壳、PL发热片、智能温控组成。定位式恒温伞柄通过伞柄的横截面360°发热，将热量均匀的传递到冰冷的手上，达到暖手的目的。并且其能进行USB充电、发热温度调档、一体式拆卸。用户可通过手机APP或其它形式的控制终端来实现对温度的调节和寻找伞的实时位置。通过本产品的设计，能解决在冬日下雨期间举伞手冷的问题。

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.

關键词：定位式;恒温伞柄;USB充电;控制终端

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

中图分类号：TP27                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）28-0198-02

1  背景

雨雪天打伞时手部会出现无法保暖的情况，特别是在天气寒冷的地区，冰雨和冬风对手的伤害是显而易见的。人对低温的耐受力是有限的，气温在10℃且风较大时，手的皮肤温度慢慢降低。当手的皮肤温度下降到15.5℃以下时，手的操作灵活性明显降低[1]。在冬日行驶的摩托车的油门转把，自行车的操纵柄，以及伞柄都能使用本次设计的恒温伞柄的原理达到保温的效果，从而保持手指的灵活度，避免手指冻僵影响身体健康或者工作效率。

国内研究雨伞比较多的是伞架采用更耐磨和轻便的材料代替，伞身制作美观，用料轻质环保。但是却不注重研究雨伞的手柄。本设计能让人在冷天撑伞时保护手部不受寒风侵蚀，减少因寒风引起的手部健康问题，达到恒温效果，同时加入了GPS定位功能，能防丢找回，一举多得。

2  总体设计方案

定位式恒温伞柄由橡胶油表面柔化的西南铝外壳、按键、发热装置（PL发热片）、智能温控芯片[2]（集成GPS）、LCD显示屏组成。它的整体分为发热模块、供电模块、蓝牙定位模块、温控模块。发热模块为陶瓷加热器（PL发热片）[3];供电模块为带有IC芯片可充电的聚合物锂电池;定位模块为外挂在主控芯片上可提供GPS进行实时位置查找服务的芯片模块;温控模块为以80C51单片机为核心的温度精确的智能温控系统。

通过伞柄的横截面对握把手持部分360°发热，将热量均匀的传递到手上，达到暖手的目的;并且其能进行USB充电、自动调节发热温度、模块化处理、一体式拆卸;本产品的控制器部分集成了蓝牙和GPS芯片，可以通过手机连接，实时显示位置。在伞柄的下部有着USB插口和可以调节温度的温度调档按钮，同时本品在冬天用完后可以与普通伞柄进行替换。使用本产品，用户就能解决在冬日下雨期间打伞冷手的问题还能做到好用不丢失。

如图2所示，开机后，装置的控制系统将会初始化。外部的温度传感器对外部进行温度采集后通过AD转换将温度信号T转化为电信号送入系统控制核心C51单片机中，该信号将会与程序预设的阈值进行比较：若TA，则发热模块不工作。

基于apicloub平台的移动应用开发项目APP，其有完善的APP开发产业链，拥有GPS定位模块的相关适配程序。也封装了很多功能模块，可以下载使用。部分程序代码也可以直接引用，主要需要进行UI设计，APP端开发，服务器端开發，接口调试。当使用者在客户端操作智能伞柄时，会通过Http或者Socket协议发送指令到业务服务端，服务端接收到指令后将该指令下发到智能设备端，智能设备接收到指令并做出反馈，通过UDP或者TCP协议讲信息上报业务端，业务端接收到反馈的数据下发到客户端进行展示。

3  结构设计

智能温控伞柄主要由发热模块、电源模块、显示模块、控制模块、定位模块与外部框架六部分组成。大致设计思路为：打开电源开关后，伞柄的温度数值将通过温度传感器和控制模块在显示模块上显示。然后通过温度调节开关设定温度，控制模块将利用发热模块在电源模块提供的电能下发热，当控制模块利用温度传感器检测到温度达到设定数值时，将控制发热量，并把温度变化控制在一定范围内，以达到恒温的目的。

定位式恒温结构外观形状为长方体，并对边缘用了圆角处理。增加手掌与发热部分的接触面积，以达到更好的使用感。结构小巧美观，符合大众审美观念。分别能容纳发热模块、电源模块、显示模块、控制模块、定位模块。

如图4所示，1是LCD显示屏，镶嵌在伞柄上部，与手掌握持部分隔开，不影响手持舒适度。主要式显示的功能，通过温度传感器采集环境温度，内部控制模块对数据进行处理，将实时温度显示在LCD显示屏上。2是向上调节温度按钮，设计为独特的三角形结构，其设计形状也寓意着向上、升高的意思。3是向下调温按钮，与2箭头符号相反，突出对称美。4是电源开关，设计为圆形结构，与整体功能按键不视觉上不冲突，需要使用伞柄时，使用者可长按电源开关4开机，之后伞柄内部程序启动。5是USB充电接口，设计在底部不影响整体美观，也有防止雨水溅到充电口里面的功能。6是连接伞柄的螺纹凹槽，方便拆卸并且稳定性高，它与伞杆上的配套螺纹部分连接，可直接与市面上大多数普通的折叠伞连接使用。7是发热模块发热的部分。8是固定单片机的基座。9是供电模块，在整体设计上能容纳更多电量的电池，从而增加发热续航能力。

伞柄的外壳的大小根据成年人的手部设计，材质为塑料，伞柄表面附有磨砂质感的皮套增加手部摩擦力和提高使用者使用伞柄时的舒适度。

4  具体工作原理

伞柄内部有预先设定的温度值，伞柄内部控制模块将实时把温度传感器采集到的数字与设定数值进行比较，若温度相较预先设定值低，则智能温控伞柄装置通过单片机控制发热模块7进行加热，加热到预设温度后便减少发热量，以达到将温度控制在一定范围的目的。反之，如温度过低则利用单片机进行停止发热控制;向上调温按钮2和向下调温按钮3主要用于使用者自主调节温度，若使用者觉得初始设定的合适温度不符合自己的感受，可连续按两次电源开关4进入自定义温度模式，通过向上调温按钮2和向下调温按钮3来调节温度，调节的温度数值将在使用中代替控制模块内部程序中的温度设定值，在本次使用中设定值将会保持在自主设定的温度;不使用伞柄时，长按电源开关4将切断电源智能温控伞柄关闭。

5  总结

通过组装与产品测试，这款设计的定位式智能恒温伞柄能实现通过按键开关控制温度高低，同时将温度数值将通过温度传感器和控制模块在显示模块上显示，并且能通过USB接口进行调试和充放电，同时可通过GPS对本设备进行定位，实用性广。本设计结构简单，量产成本低，能源消耗较小，安全性，舒适性高，且能够达到大部分雨天出行时所需要的手指保暖温度并可以调节温度高低，因此具有较好的实际应用价值。

参考文献：

[1]褚新建.基于DS18B20的温度控制系统设计[J].电子制作，2014.

[2]冯志彬，雷艳敏.基于单片机的暖手宝的设计与实现[J].长春大学学报，2016（12）.

[3]阳尧端.绿色产品设计方法及其结构设计准则[J].职教与经济研究（娄底职业技术学院学报），2009.

作者简介：谢杰（1998-），男，四川宜宾人，本科，研究方向为智能可调节发热恒温系统。