基于螺旋散熱結(jié)構(gòu)的可控降溫保溫水杯——論文

1、<p>　　基于螺旋散熱結(jié)構(gòu)的可控降溫保溫水杯</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　保溫杯是生活中十分常見(jiàn)的物品，保溫杯一般是由陶瓷或者不銹鋼加上真空層而制成的盛水的容器，真空絕熱層能使裝在內(nèi)部的水等液體延緩散熱，已達(dá)到保溫的目的，由于真空保溫的隔熱作用，熱水在其內(nèi)部很難降溫至試飲溫度。但是，很多時(shí)候我們拿著一杯熱飲卻不知如何下口，

2、或者喝著燙口的飲料，過(guò)熱飲品（65℃以上）會(huì)燙傷口腔和食道外上的粘膜，長(zhǎng)期飲用易導(dǎo)致患食道癌的增加。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)了一種平時(shí)具備保溫功能，當(dāng)需要飲料快速降溫時(shí)，能夠在短時(shí)間內(nèi)降溫到適飲溫度的可控降溫保溫水杯，其真空絕熱層內(nèi)含螺旋散熱結(jié)構(gòu)，在一般狀態(tài)下，杯蓋處密閉沒(méi)有氣流和杯壁的換熱過(guò)程從而起到保溫作用，當(dāng)需要快速降溫時(shí)，杯蓋處旋片旋開(kāi)，會(huì)有兩個(gè)通風(fēng)口，通風(fēng)口處有兩個(gè)風(fēng)扇葉片，兩個(gè)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)加速螺旋散

3、熱結(jié)構(gòu)與氣流的換熱，同時(shí)內(nèi)含一個(gè)熱敏電阻，實(shí)時(shí)檢測(cè)水杯內(nèi)溫度，當(dāng)水杯內(nèi)溫度達(dá)到適飲溫度時(shí)，風(fēng)扇停止工作，旋片反向旋起，起到密閉作用，使液體保持在適飲溫度。</p><p>　　通過(guò)一系列的設(shè)計(jì)，我們選用Arduino UNO作為我們的控制器，熱敏電阻作為溫度傳感器，配有相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等，螺旋散熱結(jié)構(gòu)采用3D打印方式制作，進(jìn)行了快速降溫能力測(cè)試和不同體積下的快速降溫能力測(cè)試，結(jié)果表明，本方案設(shè)計(jì)的可控

4、降溫保溫水杯快速降溫能力顯著，能夠很好地滿足我們的需求，而且方案中螺旋散熱結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)美觀大方且最大化的地節(jié)約了杯體內(nèi)的空間。</p><p>　　關(guān)鍵詞：螺旋散熱結(jié)構(gòu) 快速降溫 Arduino UNO單片機(jī) 熱敏電阻</p><p><b>　　1．引言</b></p><p><b>　　1.1課題由來(lái)</b>&l

5、t;/p><p>　　生活中常會(huì)使用保溫水杯盛放熱飲，其保溫效果良好，一般的保溫杯也能夠保持溫度數(shù)小時(shí)。但是，如果你此時(shí)想喝水或者飲料，飲品的溫度卻過(guò)高而不適于飲用甚至根本無(wú)法入口，相信這是生活中經(jīng)常遇到的難題。過(guò)熱飲品（65℃以上）會(huì)燙傷口腔和食道外上的粘膜，長(zhǎng)期飲用易導(dǎo)致患食道癌的增加。據(jù)《柳葉刀腫瘤學(xué)》報(bào)告，中國(guó)、土耳其及南美洲國(guó)家的人習(xí)慣飲用65°C或70°C以上的熱水，增加患食管癌的風(fēng)險(xiǎn)

6、。在全世界喉癌每年發(fā)病死亡率僅為3.2例每100,000人，而在亞洲這個(gè)數(shù)字為18.3。在世界范圍內(nèi)，0.3%的人都有過(guò)喉癌病史。</p><p>　　所以，我們想到了能快速降溫的保溫杯，既有快速散熱功能，降到適合飲用的溫度后又有能長(zhǎng)時(shí)間保溫。為了研究該方案的可行性和獨(dú)創(chuàng)性，我們?cè)谝恍┵Y源網(wǎng)站和購(gòu)物網(wǎng)站的保溫水杯進(jìn)行了調(diào)研。</p><p><b>　　1.2市場(chǎng)調(diào)研</b

7、></p><p>　　市場(chǎng)上目前已有一小部分既能保溫，又能降溫的保溫杯。相似產(chǎn)品有55°杯、brugo保溫杯以及ember智能杯。</p><p>　　圖1、55度杯功能介紹圖</p><p>　　圖2、Ember智能杯</p><p>　　55°杯只有溫度調(diào)節(jié)的功能，卻沒(méi)有保溫功能，且杯體過(guò)重的同時(shí)容積小，其操作

8、也十分麻煩；Ember智能杯雖然同時(shí)具有保溫以及調(diào)溫的功能，但其保溫有效時(shí)間僅有兩小時(shí)，之后就將失去效果，而且其價(jià)格很高，目前市價(jià)1699元，并不面向大多數(shù)人。兩者原理皆為利用相變材料的相變的吸放熱來(lái)達(dá)到保溫效果，使用該技術(shù)的杯子容積普遍較小，都在300ml左右，實(shí)物圖分別見(jiàn)圖1、圖2。</p><p>　　圖3、 Brugo保溫杯</p><p>　　brugo保溫杯則采用雙層內(nèi)膽結(jié)構(gòu)，

9、內(nèi)部為保溫內(nèi)膽，外層則用于散熱，在使用時(shí)需要使用者傾斜杯體，使液體流入外層內(nèi)膽，用6到8秒時(shí)間快速散熱，但是一次只能使少量液體降溫，使用起來(lái)并不是很方便。</p><p>　　從我們的調(diào)研結(jié)果來(lái)看，市場(chǎng)上賣(mài)品價(jià)格普遍很高，動(dòng)輒千元；而很多飲用水溫度控制研究都是針對(duì)飲水機(jī)，而一般用戶特別是在圖書(shū)館、辦公室等場(chǎng)合，并不能頻繁調(diào)控飲水機(jī)的溫度。所以我們小組設(shè)計(jì)了一種基于螺旋散熱結(jié)構(gòu)的可控降溫保溫水杯。</p>

10、;<p><b>　　2．研究?jī)?nèi)容</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　圖4、降溫水杯設(shè)計(jì)示意圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)的基本原理是：由杯蓋進(jìn)行自動(dòng)化的智能控制，調(diào)節(jié)散熱與保溫兩種不同的模式，在散熱時(shí)，打開(kāi)降溫水杯的可旋轉(zhuǎn)旋蓋，使內(nèi)部與外界形成冷熱空氣的交換，同

11、時(shí)用兩個(gè)風(fēng)扇加速這一進(jìn)程；在保溫階段，關(guān)閉旋轉(zhuǎn)旋蓋，使其內(nèi)部與外界空氣隔絕，并關(guān)閉風(fēng)扇，此時(shí)此保溫杯和普通保溫性能良好的保溫杯沒(méi)什么本質(zhì)區(qū)別，能夠起到保溫的效果。通過(guò)在瓶體內(nèi)部增加一條便于氣流進(jìn)出的螺旋結(jié)構(gòu)管道，顯著地增加了降溫是氣流與保溫杯的金屬內(nèi)壁的換熱面積，從而達(dá)到快速降溫的目的。</p><p><b>　　2.2功能設(shè)計(jì)</b></p><p>　　用戶設(shè)置

12、一個(gè)適合人體飲用的溫度，使得單片機(jī)以此溫度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接下來(lái)的一系列計(jì)算過(guò)程。數(shù)據(jù)采集部分的溫度傳感器收集溫度數(shù)據(jù)，將溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)之前設(shè)定的程序進(jìn)行計(jì)算，將根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算所得的動(dòng)作結(jié)果傳送到執(zhí)行單位，打開(kāi)控制轉(zhuǎn)片的電機(jī)，帶動(dòng)其上的齒輪，然后通過(guò)轉(zhuǎn)片上的內(nèi)齒輪旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)片，同時(shí)讓風(fēng)扇工作進(jìn)行降溫。</p><p>　　在杯體內(nèi)部溫度大于預(yù)定溫度時(shí)，杯蓋上裝有轉(zhuǎn)片的電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)片開(kāi)始旋轉(zhuǎn)露出氣孔，與外界聯(lián)通，

13、同時(shí)裝有扇葉的兩個(gè)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)向杯體內(nèi)部預(yù)留的通道吹氣，另一個(gè)從杯體內(nèi)的通道中抽氣，開(kāi)始降溫，在溫度等于或低于預(yù)定溫度時(shí)，風(fēng)扇停止工作，然后帶有轉(zhuǎn)片的電機(jī)開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，將氣孔關(guān)閉，與外界隔離，開(kāi)始保溫。</p><p><b>　　3．硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1單片機(jī)控制電路</p><p>　　為了完成上述的功能設(shè)計(jì)，

14、單片機(jī)控制電路部分我們選用Arduino單片機(jī)、溫敏電阻、溫度傳感器DS18B20、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、3個(gè)電機(jī)等部分組成，其中Arduino UNO承擔(dān)了控制邏輯的執(zhí)行和溫度轉(zhuǎn)換相關(guān)的計(jì)算，同時(shí)直接控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制接口，間接地控制三個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，溫敏電阻用于測(cè)量水杯內(nèi)水的實(shí)時(shí)溫度，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)則用于提供大電流來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　3.1.1單片機(jī)選擇：</p><p>　　圖

15、5、Arduino UNO實(shí)物圖</p><p>　　我們選用Arduino UNO開(kāi)發(fā)板來(lái)進(jìn)行整個(gè)程序，實(shí)物圖見(jiàn)圖5。</p><p>　　Arduino UNO的處理器核心是ATmega328，具有14路數(shù)字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器；一個(gè)USB口；一個(gè)電源插座兩個(gè)管腳SDA和SCL，支持I2C接口；IOREF和一個(gè)預(yù)留管腳。此外A

16、rduino UNO可以通過(guò)3種方式供電，而且能自動(dòng)選擇供電方式：外部直流電源通過(guò)電源插座供電；電池連接電源連接器的GND和VIN引腳；USB接口直接供電。</p><p>　　3.1.2溫度傳感器：</p><p>　　圖6、溫敏電阻設(shè)計(jì)電路圖</p><p>　　在產(chǎn)品中我們選用溫敏電阻作為溫度傳感器元件，因?yàn)闇孛綦娮梵w積相對(duì)較小，而且電路簡(jiǎn)單，但是我們需要用溫

17、度傳感器DS18B0對(duì)溫敏電阻進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)定溫敏電阻兩端采樣電壓和溫度的關(guān)系，溫敏電阻實(shí)物圖見(jiàn)圖7。</p><p>　　圖7、溫敏電阻實(shí)物圖</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)溫敏電阻返回的數(shù)值并不是真實(shí)溫度，而是溫敏電阻兩端電壓壓降的采樣值。在尋找返回值與真實(shí)溫度之間的關(guān)系時(shí)，經(jīng)過(guò)多組數(shù)據(jù)對(duì)比，我們得出下圖中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算后得出下圖8。</p><p>

18、;　　圖8、溫敏電阻采樣返回值與溫度的關(guān)系圖</p><p>　　由此我們可得 T = -0.129*X+ 89.51，X是溫敏電阻兩端采樣電壓測(cè)量值，T是經(jīng)標(biāo)定后的由溫敏電阻測(cè)量所得的溫度。</p><p>　　圖9、DS18B20設(shè)計(jì)電路圖</p><p>　　圖10、DS18B20實(shí)物圖</p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度計(jì)提

19、供9-12位攝氏溫度測(cè)量而且有一個(gè)由高低電平觸發(fā)的可編程的不因電源消失而改變的報(bào)警功能，能通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息，因此在中央處理器和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線），并且能直接從單線通訊線上汲取能量，除去了對(duì)外部電源的需求。它的測(cè)溫范圍為-55～＋125℃，固有測(cè)溫誤差1℃，同時(shí)在使用中不需要任何外圍元件。工作電源: 3.0~5.5V/DC （可以數(shù)據(jù)線寄生電源）。</p><p><b

20、>　　3.1.3電機(jī)選擇</b></p><p>　　我們采用了兩種功率不同的電機(jī)，一種是K20微型直流電機(jī)，另一種是N10微型直流電機(jī)，實(shí)物圖分別見(jiàn)圖11、圖12、</p><p>　　圖11、K20電機(jī)實(shí)物圖</p><p>　　其中K20電機(jī)的主要參數(shù)如下：</p><p>　　N10電機(jī)的主要參數(shù)如下：</p&

21、gt;<p>　　電機(jī)規(guī)格：10*12  MM</p><p>　　圖12、N10電機(jī)實(shí)物圖</p><p>　　3.1.4直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)</p><p>　　由于Arduino UNO的接口電流輸出能力不能大于50mA，故我們需要選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，我們選用尺寸為18.5*16mm的DRV8833模塊作為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)物圖見(jiàn)圖

22、13。</p><p>　　圖13、DRV8833模塊實(shí)物圖</p><p>　　該器件具有兩個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)器，并能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流(DC)電刷電機(jī)、一個(gè)雙極性步進(jìn)電機(jī)、螺線管或其他電感性負(fù)載。</p><p>　　DRV8833每個(gè)H橋的輸出驅(qū)動(dòng)器模塊由N溝道功率MOSFET組成，這些MOSFET被配置成一個(gè)H橋，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。每個(gè)H橋都包括用于調(diào)節(jié)或限制繞組電流的電

23、路。借助正確的PCB設(shè)計(jì)，DRV8833的每個(gè)H橋能夠連續(xù)提供高達(dá)1.5-ARMS（或DC）的驅(qū)動(dòng)電流（在25℃和采用一個(gè)5VVM電源時(shí)）。每個(gè)H橋可支持高達(dá)2A的峰值電流。在較低的VM電壓條件下，電流供應(yīng)能力略有下降。該器件提供了利用一個(gè)故障輸出引腳實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部關(guān)斷功能，用于：過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓閉鎖和過(guò)熱。另外，還提供了一種低功耗睡眠模式。</p><p>　　DRV8833輸入電壓為3——10V，可驅(qū)動(dòng)1

24、.5A以下的直流電機(jī)和4線步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　　3.4機(jī)械設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.4.1方案選擇</b></p><p>　　3.4.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖15、水杯杯蓋機(jī)械結(jié)構(gòu)三視圖</p><p>　　機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要

25、用于實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品在散熱功能與保溫功能之間的智能切換，水杯杯蓋的機(jī)械結(jié)構(gòu)三視圖見(jiàn)圖15，在溫度大于一個(gè)預(yù)設(shè)值時(shí)，采用散熱模式，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪（1），通過(guò)轉(zhuǎn)片上的內(nèi)齒輪（2），帶動(dòng)轉(zhuǎn)片，打開(kāi)通風(fēng)口，并且開(kāi)啟兩邊的風(fēng)扇（3），一邊抽氣，一邊進(jìn)氣，加快流速，達(dá)到加速散熱的方式。而在溫度小于預(yù)設(shè)值的時(shí)候，則用同樣的方式，關(guān)閉通風(fēng)口，關(guān)閉風(fēng)扇達(dá)到密封保溫的效果。</p><p>　　圖16、杯蓋基座部分俯視圖</p>

26、;<p>　　杯蓋基座部分俯視圖見(jiàn)圖16，該部分為杯蓋的底座，是杯蓋的主體結(jié)構(gòu)，其中，1處用于固定轉(zhuǎn)片的軸，2處用于放置驅(qū)動(dòng)齒輪的電機(jī)，3處用于放置驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的電機(jī)，4處用于放置溫度傳感器。</p><p>　　圖17、杯蓋蓋片俯視圖</p><p>　　圖18、杯蓋蓋片左視圖</p><p>　　圖17、圖18分別是杯蓋蓋片的俯視圖和左視圖，杯蓋蓋片為

27、杯蓋最上端的蓋片，其中1處用于拼接，2處用于固定轉(zhuǎn)片的軸，3處用于限轉(zhuǎn)片的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。</p><p><b>　　圖19、轉(zhuǎn)片俯視圖</b></p><p>　　旋轉(zhuǎn)片的俯視圖見(jiàn)圖19，其中1處為轉(zhuǎn)片的轉(zhuǎn)軸置于底座部分的1處，用于固定，2處的內(nèi)齒輪和電機(jī)上的齒輪契合，從而達(dá)到傳動(dòng)的效果，使轉(zhuǎn)片旋轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　4．軟

28、件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　降溫水杯的使用流程：假設(shè)現(xiàn)在用戶擁有一杯溫度高于65℃的熱飲，如果用戶想馬上引用該飲料，用戶需要按鍵開(kāi)啟降溫水杯的降溫功能，然后首先杯蓋旋片旋開(kāi)，用戶會(huì)看到兩個(gè)漏斗結(jié)構(gòu)、兩個(gè)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)和熱敏電阻。然后風(fēng)扇開(kāi)始工作，若干分鐘后，風(fēng)扇停止工作，旋片徐徐旋轉(zhuǎn)將杯蓋密閉，此時(shí)用戶就可以飲用適宜溫度的飲料。</p><p>　　上述流程的控制邏輯圖見(jiàn)圖2

29、0。</p><p><b>　　圖20、程序流程圖</b></p><p><b>　　5．整合測(cè)試</b></p><p>　　由于我們?nèi)匀粚儆跍y(cè)試開(kāi)發(fā)階段，缺乏相應(yīng)的金屬加工工藝支持，所以我們采用3D工藝打印了整個(gè)杯蓋相關(guān)結(jié)果和螺旋散熱結(jié)構(gòu)，對(duì)我們的設(shè)計(jì)的可行性和有效性進(jìn)行測(cè)試。</p><p&g

30、t;　　5.1降溫能力測(cè)試</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)使用了降溫水杯、200ml的溫度大約為60℃的飲用水、Arduino主控制板、溫度傳感器、風(fēng)扇以及相關(guān)的測(cè)試裝置如量筒和溫度計(jì)。我們?cè)O(shè)置兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)組，一組實(shí)驗(yàn)組即采用了我們的設(shè)計(jì)并正常工作的降溫水杯，一組對(duì)照組采用相同的結(jié)構(gòu)，但是保持螺旋散熱結(jié)構(gòu)的通風(fēng)口密閉，同時(shí)引用水出口敞開(kāi)，以測(cè)試降溫水的快速降溫能力。</p><p><

31、;b>　　具體測(cè)試步驟：</b></p><p>　?。?）連接裝置，并連接好風(fēng)扇</p><p>　?。?）準(zhǔn)備熱水，并測(cè)定熱水溫度</p><p>　　（3）開(kāi)始試驗(yàn)，每隔一分鐘測(cè)定溫度一次</p><p>　?。?）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使溫度傳感器始終保持在水中部，記錄數(shù)據(jù)</p><p><b&

32、gt;　?。?）結(jié)束實(shí)驗(yàn)。</b></p><p>　　圖21、降溫能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)曲線圖</p><p>　　圖22、降溫能力測(cè)試對(duì)照組數(shù)據(jù)曲線圖</p><p>　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖21，從圖中的曲線我們可以得出結(jié)論：螺旋散熱結(jié)構(gòu)正常工作時(shí)，普通塑料杯的降溫速度約為1.0℃/min；螺旋散熱結(jié)構(gòu)不工作時(shí)，普通保溫杯的降溫速度約為0.2℃/min，從這組

33、實(shí)驗(yàn)我們可以看出采用了我們的螺旋散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后的水杯，降溫能力明顯優(yōu)于敞口的保溫水杯。</p><p>　　5.2不同體積飲料條件下的降溫能力測(cè)試</p><p>　　顯然在飲料的散熱降溫過(guò)程當(dāng)中，由于換熱面積是固定的，所以飲料的體積和降溫速率成反比。本組實(shí)驗(yàn)對(duì)降溫水杯在不同體積飲料體積變量情況下的降溫能力測(cè)試，分為兩組，一組100ml，一組200ml，數(shù)據(jù)表格分別見(jiàn)表1、表2。</

34、p><p>　　具體測(cè)試步驟：

35、 </p><p>　?。?）連接裝置，一組安裝風(fēng)扇，另一組不安裝風(fēng)扇</p><p>　　（2）準(zhǔn)備熱水，并測(cè)定熱水溫度</p><p>　?。?）開(kāi)始試驗(yàn)，每隔一分鐘測(cè)定溫度一次</p><p>　　（4）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使溫度傳感器始終保持在水中部，記錄數(shù)據(jù)</p&g

36、t;<p><b>　?。?）結(jié)束實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　圖23、100ml飲料條件下，降溫水杯降溫能力測(cè)試圖</p><p>　　表1、100ml飲料條件下，降溫水杯降溫能力測(cè)試數(shù)據(jù)</p><p>　　本組實(shí)驗(yàn)使用了經(jīng)改裝后的保溫杯、水（200ml）、Arduino主控制板、溫度傳感器以及導(dǎo)線；</p>

37、<p>　　圖24、100ml飲料條件下，降溫水杯降溫能力測(cè)試圖</p><p>　　表2、200ml飲料條件下，降溫水杯降溫能力測(cè)試數(shù)據(jù)</p><p><b>　　5.3分析討論</b></p><p>　　從圖23和圖24中的曲線圖，我們可以看出采用我們的設(shè)計(jì)方案的降溫水杯降溫能力顯著，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于我們平時(shí)敞口放置的降溫方式，而且

38、從圖23和圖24的比較來(lái)看，飲料的體積對(duì)降溫水杯的降溫能力影響較大，但是就算是200ml情況下，我們的降溫水杯依然在20分鐘內(nèi)將飲用水溫度從將近70℃降到了50℃。而且考慮到實(shí)際情況下，金屬的導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于塑料，所以降溫性能還有質(zhì)的提高。但是從上述數(shù)據(jù)我們就已經(jīng)能確定我們的螺旋降溫結(jié)構(gòu)的有效性了。</p><p>　　但是在我們?cè)囼?yàn)程序的過(guò)程中，我們也遇到了一些小小的問(wèn)題，但是我們都一一排查解決了。首先出現(xiàn)的問(wèn)

39、題是Arduino板上通過(guò)的電流過(guò)小無(wú)法帶動(dòng)電機(jī)及舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而我們引入擴(kuò)展板、繼電器以及電池。再次試驗(yàn)過(guò)程中，擴(kuò)展板在5V狀況下，以3.3V同時(shí)為HIGH和LOW，0V為L(zhǎng)OW，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)中電機(jī)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)且無(wú)法停止。我們共提出三個(gè)方案：一，改變程序中的初始設(shè)定環(huán)境，但這一方案很快遭到反對(duì)，改變初始環(huán)境設(shè)定會(huì)拖慢整個(gè)程序的運(yùn)行速度，從而使得溫度變化更不可控。二、使用擴(kuò)展板、繼電器、電池為電機(jī)單獨(dú)供電，而在實(shí)驗(yàn)后，我們發(fā)現(xiàn)這一方案無(wú)法較為便

40、捷地改變電機(jī)兩端的電壓，進(jìn)而無(wú)法改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，即無(wú)法達(dá)到電機(jī)帶動(dòng)旋片正向反向旋轉(zhuǎn)。三、使用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)與直流電機(jī)替換舵機(jī)，這一方案能較為便捷地達(dá)到控制氣孔開(kāi)關(guān)的作用。為解決這一問(wèn)題經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，最終我們選用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)與直流電機(jī)相組合來(lái)代替舵機(jī)，以達(dá)到預(yù)想的效果。</p><p><b>　　6．改善建議和展望</b></p><p><b>　　6.1改善

41、建議</b></p><p>　　本項(xiàng)設(shè)計(jì)雖然降溫性能優(yōu)越，但是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，而且還需要額外的電源供電，故依然具有很大的提升空間。盡管本項(xiàng)設(shè)計(jì)已經(jīng)具備了原設(shè)計(jì)初衷所期待的功能，但對(duì)于一種為便于人使用而設(shè)計(jì)的“智能保溫杯”仍顯不足，如杯體過(guò)重、外觀設(shè)計(jì)不美觀等缺陷。</p><p>　　在下一階段的研究中，我們希望引入新型的供電方式，比如相變熱或者動(dòng)壓能這種方式來(lái)給我們的降溫水杯

42、供電，同時(shí)考慮尋找金屬加工工藝技術(shù)支持，做成一個(gè)帶有螺旋降溫結(jié)構(gòu)的真空保溫杯。</p><p><b>　　6.2功能展望</b></p><p>　　本項(xiàng)設(shè)計(jì)從生活出發(fā)，很好地解決了人們生活中遇到的問(wèn)題，有著十分廣泛的應(yīng)用前景。而且我們可以添加其他功能：將杯體設(shè)計(jì)與APP相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)可以督促人喝水、計(jì)算人飲水量的系統(tǒng)。智能飲水的方向也同樣有很好的應(yīng)用前景，將飲水

43、量與醫(yī)療系統(tǒng)相結(jié)合，形成有一定價(jià)值的輔助醫(yī)生觀察病情有助于病人康復(fù)的數(shù)據(jù)，更可以在杯體內(nèi)部增添加熱裝置，使降溫與加熱有機(jī)的結(jié)合在一起，滿足用戶的不同需求。</p><p><b>　　7．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　薛峰峰，加熱對(duì)飲用水水質(zhì)的影響及其機(jī)理研究.</p><p>　　龔丹丹，史文麗，飲水機(jī)智能溫度控制系統(tǒng).</p&