智能手机温度调节壳

文 北京航空航天大学实验学校中学部 赵天恺

一段时间以来，有关手机使用时出现问题的报道引起了我的兴趣：一则是冬天在室外使用某品牌手机时，手机经常自动关机；另一则是手机在持续使用时会发热，特别是在玩大型游戏时很卡。

鉴于以上情况，我设计了一款可感知手机温度并利用手机电池调节温度的智能手机外壳。

一、基本结构

1.外接壳体

如图1所示，根据不同手机的大小和形状，制作一个手机壳。手机壳的内部是中空的，便于安装温度传感器、加热膜、散热风扇、驱动模块、蓝牙模块、单片机、报警模块和连接线等。壳体可以3D打印，也可以手工制作。

图1 智能手机温度调节壳示意图

2.降温元件

选用一款微型磁悬浮静音风扇，这种风扇体积小，噪声小，风量较大。

3.加热元件

选用PET柔性加热膜，它具有形状多样、加温迅速、加热温度范围适中等特点。

4.隔热材料

气凝胶隔热膜超薄、导热系数低、隔热效果好，可有效保护手机电子元器件不受高温的影响。

5.蓝牙模块

安装TELESKYHC-05蓝牙模块，用于手机和单片机之间的通信数据传输，控制手机温度调节系统的运行。

6.单片机

选用STM32F103ZET6单片机作为手机温度调节壳的主控单元。

7.驱动模块

安装三极管驱动模块，驱动模块由8550PNP型三极管和电阻、电容组成，可控制驱动加热膜和散热风扇的运行。

8.报警模块

安装YXDZ蜂鸣器报警模块，当温度高于或低于警戒温度时，单片机发出指令，报警器报警。

9.温度传感器

在温控系统中安装DS18B20数字温度传感器，用于检测手机工作时的温度。

图2 手机调温控制原理图

二、工作原理

使用的软件开发工具为KeilV5，开发出的控制程序能实现手机温度调节装置与手机主体的蓝牙通信，实时测量温度，判定当前工作状态，控制加热膜通断或风扇启停、报警模块报警等。

如图2所示，用温度传感器采集手机温度数据，数据输送给单片机，并通过蓝牙模块与手机进行数据传输，智能手机的App可将数据显示在手机屏幕上，使用者也可通过点击App的按钮调节温度。同时，单片机根据从手机App发出的控制指令和温度传感器测得的数据，判断需加热还是降温。

当判断需为手机加热时，单片机给驱动模块1指令通电，加热膜电路接通，开始为手机加热。达到设定的温度后，单片机给驱动模块1指令断电，加热膜停止工作。

当判断需为手机降温时，单片机给驱动模块2指令通电，散热风扇电路接通，扇叶旋转为手机降温。达到设定的温度后，单片机给驱动模块2指令断电，散热风扇停止工作。

三、安装过程

智能手机温度调节壳利用3D打印制作，单片机、温度传感器、蓝牙模块、散热风扇、加热膜、报警模块和驱动模块之间通过电路连接，在加热膜背面垫上隔热垫，并安装在壳体内，整个装置组装完毕，如图3所示。之后将手机上安装的与单片机配套的App打开，连接蓝牙即可。

四、性能测试

1.加热试验

用冰袋将安装了温度调节手机壳的手机包裹起来，模拟寒冷环境。打开装置开关，利用温度计测量温度，检测到寒冷环境下手机温度由最低16.1℃提升到平均 26℃。

2.降温试验

连续运行多个手机网络游戏，使手机达到过热状态。这时打开装置开关，利用温度计测量，手机温度由最高48.8℃降低到平均28℃，说明智能手机温度调节壳可以帮助手机散热，避免手机过热引起性能下降。

图3 智能手机温度调节壳组装图