一种便携式雨伞干燥器的研究与设计

程 鑫 周 杰 史道玲 焦大卫 石硕硕 汪 强 丁同民 余恒峰 曹敬威 汪 鑫

（安徽新华学院，安徽 合肥230000）

1 概述

随着国家经济的高速发展，居民生活的压力也随之增大，一天24 小时花费在工作上的时间大部分也超过了12 个小时，也就是说可以用在生活上的时间越来越少，为了减少居民在生活中的琐碎时间，丰富生活，提升生活品质，智能家居逐渐步入人们视野中，科技进步为社会带来的便利不仅能够丰富我们的生活，更能够为生活创造足够的便利，减少生活中的不便。

盛夏时节，梅雨连连。对于我国的大部分城市来说，每到七八月的雨季，不停的雨水给我们的生活带来了各种各样的麻烦，雨水在地板上不易被发现，极易造成行人不慎滑倒，存在严重的安全隐患，带有雨水的伞放置在走廊里，水珠渗入地板下，会造成地板的开裂等等问题。随着人们生活水平的提高，各个家庭的生活环境都有了很高的改善，对生活质量和生活环境要求越来越高。刚从雨中收回来的雨伞不可能像之前一样直接撑开放在客厅里面等待着雨伞风干。

2 国内外研究进展

目前，国内的研究方向主要有热风干燥、海绵吸水、离心干燥等[1-4]。

2.1 热风的原理。使用风机配合电加热丝，将雨伞放置在机械内部后，通过热风生成空间中的电热丝与风机协同工作，产生热风将雨伞烘干，优点是烘干效果明显，干燥的较为彻底，但缺点是功率大，耗能多，成本高，而且存在一定的安全隐患。

2.2 海绵吸水干燥。利用海绵自带的多孔特性进行吸水，通过挤压的方式增大雨伞和海绵的接触面积，以达到更好的吸水效果，优点就是简单易操作，几乎没有功耗，节能环保，缺点则是脱水效果不够彻底，且海绵的使用寿命比较短，还需要设置专门的出水孔来使海绵再脱水。

2.3 离心甩干。通过高速运转下做匀速圆周运动利用离心原理将湿雨伞上的水分甩离。但是这样设计两个方面的坏处：一是房间的空间有限，撑开的雨伞占用太多的空间。二是雨伞上的雨水会在地板砖上留下水渍，还要自己清理一遍地面。

2.4 超声波辅助干燥的雨伞烘干装置。超声波振动辅助热风、离心干燥的工作方式，具有干燥效率高等优点，但其仍存在一定不足，如：在装置工作时需要将伞完全撑开，占地面积大，同时该装置的结构也较为复杂。就雨伞干燥装置应用场所而言，大多数雨伞干燥装置应用于地铁站、图书馆、商场及学校等一些公共场所。

综合来看，目前国内的几个研究方向各有优劣，但显然目前的研究成果都没有得到实际性的生活转化，没有投入生产和使用，所以我们团队的目标就是打造出一款能够便捷实用的生活机械，发展趋势:从能源角度而言，普遍发展方向朝着电动方向发展，极少数环保类型的产品则采用人力带动机构，脱水方式则以离心和加热为主，用鼓风的方式辅助干燥，因此雨伞干燥器就是为了解决这些问题而存在的。

3 研究意义与创新点

3.1 项目的创新性。目前市场上有的设想是应用在公众场合，雨伞干燥器的创新性有以下几点：（1）占用空间非常的小。（2）采用热风加热的方法对雨伞进行干燥，这样可以保证除水的效率并且可以避免雨水再次弄脏地面。（3）内囊中积累的雨水可以及时排出。

而目前市场上一些靠旋转排水的方法有两个缺点：（1）雨水处理不干净。（2）雨水并不能及时排出。占用太多的空间，还有排出来的水并没有进行处理。本产品的设计是二个伞对应着一个机器。机器可以根据外面天气的湿度情况有着不同的应对方法。目前在市场上并没有类似的产品。

3.2 项目实用性。本产品是属于一种智能家居，为的就是方便人们的生活，让人们把一些不必要的时间可以用在更需要的地方上。本产品可以提高雨伞的使用寿命，可以提醒人们外出带伞，更加方便人们的生活。在提醒的同时，可以给人们带来更多的时间。

3.3 项目研究意义。为能够减少雨伞水珠给室内生活带来的困扰，本文提出了一种能够快速解决雨水的雨伞干燥器装置，该装置通过湿度传感器和电机带动风叶旋转，利用滑降系统制造封闭环境进行干燥。当雨伞干燥时，电机停止工作；且通过湿度传感器控制封盖的上升和下降。设计分三层，分别存放短柄伞、长柄伞和收集雨水，可摆放在商场门口处。为此本项目以单片机系统为平台，电动机及处理设备为主要控制对象，利用综合布线技术、通信技术、自动控制技术、音频、视频技术将有关的设施进行高效集成，构建一体化的控制管理系统，构建智能、安全、便利的生活环境。

4 研究方案

4.1 研究内容。研究难点：本产品的技术性不强，但主要的技术集中于产品的结构设计，需要的误差特别的小，电热阻的数据要控制在一定度数，不然温度太高会起到相反的结果，会减少雨伞的使用寿命。电动机的声音应该减少到安全范围，不能干扰人们的正常生活。如何把产品的外观做的占用空间小，性能高，性价比高。预期目标：可以实现下雨时提醒人们出门带伞；快速把雨伞的水分处理；监测室外的湿度情况；对雨伞的不同重力做出不同的反应。

4.2 主要技术指标。首先重力传感器能够根据雨伞重力的变化来确定电热阻和电动机工作的时间、电热阻和电动机的输入电流的大小。确定当地的湿度传入数据库中，根据湿度传感器的不同做出不同的反应。

通过电源模块、STM32 单片机模块、传感器模块、滑槽、滑块和锁紧装置的结构来实现滑动，所有模块让系统可以正常工作。

4.3 研究方法、技术路线、可行性分析。研究方法：本产品主要是运用重力传感器，湿度传感器，电动机带动子叶旋转，和电热阻，32 单片机。通过单片机控制传感器和电动机电热阻来实现对雨伞的干燥处理。并提醒人们外出有雨带伞。雨伞干燥器工作流程图如图1 所示。

图1 雨伞干燥器工作流程图

可行性分析：本产品具体应用于智能家居，目前市场上并没有相应的机器的出现，但是有一些概念出现在网络上面。把网上的概念和本产品的设计理念相比来说本产品的占用空间更小，也更加方便，智能化。目前市场上还没有出现类似的产品，本产品具有很好的市场影响。资源供应简单，市面上的材料完全能够满足，对于零件工艺的要求虽然有点需求但是以现在的机床设备来说完全能够实现，建设规模符合现在的精简主义，设备上选用以STM32 为核心的电子器件。

5 研究内容

5.1 控制系统的设计。电阻式氯化锂湿度计，这个湿度传感器的作用就是监测外界的湿度变化，同时控制STM32 单片机。当外界湿度高于设定值时，把电信号传输给STM32单片机，单片机控制滑盖上升。当雨伞放入柄槽的时候，应变式称重力传感器接受信号，传输电信号给单片机，控制滑盖下滑。（当外界高于设定值时，可以使用单片机控制发光二极管，提醒人们外出带伞）STM32 单片机可以控制电动机和电阻丝（在电热元件附近装上恒温器，温度超过预定温度的时候切断电路，起保护作用）。这样可以有足够的热风可以加热雨伞。内囊的四周和外壳的底部都有小孔，这样可以做到空气的交换。（内部电路图，如图2 所示）

图2 简单内部电路图

图3 产品结构图

5.2 结构设计。本文装置的设计主要设计指标是便携小型化的清理装置，通过一系列传感器为雨伞能够充分除去水珠，设计结构的三维模型如图3 所示，雨伞从顶端入口处滑盖部分插入，通过伞柄槽将雨伞固定好，槽内传感器在感受到压力时会启动电动机开关，电阻丝和叶扇开始工作，为雨伞进行干燥。

5.3 设计优势。（1）本装置可用于烘干折叠伞和长柄伞，是目前市场上较为为少见的“两用雨伞干燥装置”，该装置可同时对长柄伞和折叠伞进行烘干，不具有局限性，满足家庭对室内雨伞干燥装置的选择需求，以方便家居生活，应用范围较其他装置而言也较广，很大程度上解决了市场所需。（2）本装置克服现有技术的不足，为了达到更高的工作效率，本文中热风干燥、离心干燥及超声波振动加速干燥等多种干燥方式同时进行，通过控制系统的优化设计，多种干燥方式达到了最大的组合；同时，利用湿气处理组件和工作室的特点制造的微负压环境可以降低水的沸点，大大提高了雨伞烘干的效率，实现了短时间取伞的目标。另外，排水管道的侧下方设计了直径逐渐增大的环形结构的出风管道，有利于提高烘干效率，相对于市面上的雨伞烘干机更加节能。

6 结论

本文装置在设计上最大程度考虑了将研究成果转化为实际，在结构设计上占地面积小，且其将雨伞收拢后放置于装置中，较其他装置而言也大大节约了空间，便捷实用，符合室内使用的要求。该设计与前人设计相比，在雨伞安置、输送、干燥方式等方面进行了一定的改进，鉴于只需要使湿雨伞干燥到不滴水的程度即可，所以本项目的主要研究方向为整体机械原理设计和结构设计，在设计上有一定高度的创新，对主要的设计成果做了详细的介绍，结构设计在前人的基础上进行了合理的优化，但还有一些问题需要改进解决，例如各部件传动数据的计算、电动机装置材料的选择等，希望后续工作能使装置小型化、智能化，使其不仅能满足公共场合的需求，更能成为智能家居的一部分，便利大家的生活。