智能温控床垫的设计和研究

彭昊 鲁芬 崔亚琪 赵恒 余文俊 牛晨蒙 高娜

摘 要 为了更好的对温度进行智能化的控制，消除安全隐患以及解决电热毯和水暖加热床垫的缺点，本文设计了一种新型的智能化的温度控制床垫。该床垫结合了国内加热电板原理和电热毯的优点，避免了漏电等情况，通过加强温度控制使温度达到人体舒适温度，增强温度多变多控这一调节功能，并且通过感热装置自动调节床板的温度，使床温控制在一恒定温度，从而避免了传统的手工调控温度这一弊端，加强了床板的实用性和多功能性。

关键词 智能家居 智能温控床垫

中图分类号：TP274 文献标识码：A

0引言

传统的电热毯和水暖床垫存在着一些缺陷，不安全、不灵活、不智能。智能家居不但具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，还提供全面的信息交互功能。并且在床物品方面，国内少有企业将电子技术运用到这一方面，这也大大的提高了创新能力，也同时表明这将是一个崭新的领域，而且床物品消费广泛，每家每户都会用到，国内市场发展迅速，在科技大爆炸的当代社会将有非常好的发展前景。我们的产品可以结合国内加热电板原理和电热毯的优点，避免了漏电等情况，同时还提出控制变温这一新概念，通过加强控制方面来使温度达到人体舒适温度，增强温度多变多控这些调节功能，并且通过感热装置可以自动调节床板的温度，自动调节可使床温控制在恒定温度，从而避免了传统需手工调控温度使温度达到恒温状态这一弊端，加强了床板的实用性和多功能性。

1温控床垫市场分析

传统各类床垫都存在着这样或那样的缺陷。如水暖床垫，床体太柔软，不适用于腰背不好的人，而且水床太过于潮湿，不适于人们长期睡眠，况且水床里的水一碰便荡来荡去，把床铺弄得凌凌乱乱，换水时比较麻烦，在长期使用时，水床会遇到漏水的问题，使用复合地板就会导致房间地板的“灾难”。有人将水换做空气作为调控温度的介质，但无法控温。普通电热毯大都选用金属电阻丝作为电热元件，金属电阻丝电热转换率低能耗较高，并且电磁辐射量大。当电热毯在长时间使用过程中，镍铬电阻丝会由于折叠或承重不均匀而出现断裂，导致电热毯损坏甚至导致漏电的安全性问题。而且传统的电热毯其表面卫生状况令人担忧，由于其内在分布着密集的发热丝，不能水洗，电热毯表面是由纤维面料构成，且电热毯表面温度大都与人体体表温度相近，极易繁衍繁殖各种细菌，不适宜过敏性体质的人。所以我们研究新型的智能温控床垫，以取代电热毯，避免用电热毯时所带来的缺点，在现有的基础上进行创新。

2智能温控床垫的设计

2.1构思

为了满足市场的需求，解决传统电热毯和人体直接接触不安全，不适用于各个年龄阶段的人们，折叠容易断电热丝且不易清洗，不能很好的收拾它，和水暖加熱床垫太软不被人们所接受的问题，我们研究一种新型的智能温控床垫来代替电热毯和水暖加热床垫，“智能温控床垫”是基于电热毯和水暖加热床垫而做了一些改进的研究项目，是一种可以智能化的控制温度的床垫，会随着温度的变化而自动调节，运用于冬季取暖。不同于电热毯所采用的毛毯和水暖加热床垫的柔软，我们采用床板的形式来解决电热毯不方便清洗，不便于运输，适用于各个年龄阶段的问题。

2.2工作原理

该装置采用悬空式构架将床垫的保护层悬置于离床面50cm的空中。采取了左右两块加热层的设计，可以针对不同人的需求，使用不同的供温模式，对左右两块分别供温，并且在各自的供温模式下，根据当时的温度环境进行智能化的温度调节。比如说当成年人和小孩子在一起睡眠时，由于成年人和小孩子对温度的需求不同，所以要采取不同的温度模式，成年人需求的温度范围较高，而小孩子的温度需求较低。在不同的供温模式下，左右两块的温度控制范围也就不一样。通过温度传感器测出温度值，并将温度信号转换为电信号传递到单片机中，通过单片机来检测温来控制加热装置是否工作。当所测的温度超过原本设置的温度区间时，加热装置停止工作。当所测得的温度低于设置的温度区间时，加热装置开始工作。通过智能化的温度控制设备使得人体附近的温度维持在一个舒适的范围，且可以连接智能控制板和控制APP进行调节。并且在加热设备的周围增加一层保温层，以减少热量的散失，更加的环保节能。

2.3产品设计

智能温控床垫主要分为四大部分：

第一部分：保护层。

保护层采用双层的设计方式，最上面布置一层可拆卸的柔软纤维，起到美观，便于清洗和辅助绝缘的作用。然后在柔软纤维的下面布置一层将整个床垫覆盖的耐温硅胶，起到主要绝缘避免漏电的作用，并且杜绝了水倒在床垫上后对床垫的影响，更加的安全。

第二部分：加热层。

用加热设备对铁板进行加热，以达到供温的目的。并且使用了左右两块的设计，用温度控制设备进行控制，可以做到分开控制分开供温，可以满足不同人的需求，并且更加的节能。

第三部分：保温层。

在加热设备的周围增加一层保温层，以减少热量的散失，更加的环保节能。

第四部分：温度控制区。

根据自身的需求，可以设置不同的温度模式，针对所设置的温度模式，可以用单片机进行智能化的温度控制。并且可以连接智能控制板和控制APP进行远程的温度调节和温度记录。

智能控温床垫对温度控制很灵敏，对幼儿的成长发育和中老年的睡眠有很好的帮助作用，特别在两个较为极端的季节中更能体现价值作用。在夏天老人和小孩不能长时间吹电风扇和空调，然而要想很舒服的睡眠就成了一个较为烦恼的问题，这时该床垫对温度的控制就起到决定作用，让人度过一舒舒服服的夜晚，并且在家中可以减少对空调等使用，从而达到节能的作用；在寒冷的冬天，为您提供温暖的同时，也为您减少了电热毯等产品给您带来的不便和困扰，来解决传统电热毯和人体直接接触不安全，不适用于各个年龄阶段的人们，折叠容易断电热丝且不易清洗，不能很好的收拾它的问题。同时该床垫采用硬质床板，有利于腰疼，骨质疏松等人群使用。硬质床垫的设计，不使用加热、取暖功能时，也可以作为普通床垫，可以普及到每个家庭中。

2.4应用前景

我们的产品既结合了国内加热电板原理，又结合了电热毯的优点，避免了漏电等情况，同时还提出控制变温这一新概念，通过加强控制方面来使温度达到人体舒适温度，增强温度多变多控这一调节功能，并且通过感热装置可以自动调节床板的温度，自动调节可使床温控制在一恒定温度，从而避免了传统需手工调控温度使温度达到恒温状态这一弊端，加强了床板的实用性和多功能性。

基金项目：武昌工学院校级大学生科研项目，项目编号：2017XSC02。

参考文献

[1] 王振强，高大志，孙鹿君，周春山.微机温控仪的小型化和控温精度问题[J].控制与决策，1988（02）。

[2] 方佩敏.0℃～150℃温控仪的制作[J].电子世界，1997（07）.