冬暖夏涼嬰兒床設計方案 一、作品設計背景每個孩子都是父母的心頭肉，孩子的健康牽動著每一個家長的心，而睡眠的質量直接影響到孩子的健康。鑒于目前氣候溫度的不協調性，尤其是冬夏溫度的巨差，成為了嬰兒健康成長，正常發育的嚴重阻礙，因而在炎熱的夏天和寒冷的冬天為嬰兒準備一個能持久提供適宜溫度的嬰兒床成為了每個父母的愿望。對此，我們小組成員經過反復思考，大量的查找資料，設計出了能符合上述冬暖夏涼要求的嬰兒床。二、作品設計的目的設計出適合嬰兒正常發育，健康成長的床，讓孩子睡得舒心，爸爸媽媽放心。令每個家庭都充滿歡聲笑語，令我們的社會更加和諧美好！，三作品系統的總設計原理床身頂部的一側有一個進水孔，底部的另一側有一個出水孔。通過單刀雙擲開關的控制，使加熱區域溫度維持在設定的溫度范圍內；冬天時，充入一定量的水，通電加熱水溫，將開關接在PTC熱敏電阻處，利用 PTC熱敏電阻對溫度進行控制，使水溫保持在一個合適的溫度；夏天時，溫度升高了，將開關接在PN節結處，則通過半導體制冷器降低水溫使水溫處在合適的溫度。這樣便達到了冬暖夏涼的目的，為嬰兒提供了一個舒適的成長環境。工作原理大致電路圖如下：半導體PN結回路原理 在一塊本征半導體的兩側通過擴散不同的雜質,分別形成N型半導體和P型半導體。P型半導體元件和N型半導體元件聯結成一對熱電偶，接上直流電源后，在接頭處就會產生溫差和熱量的轉移。在接頭處，電流方向是從N至P，將N端的熱能搬運到P端，溫度下降并且吸熱，這就使水溫下降。（一）冬天恒溫原理主要利用PTC恒溫加熱原理；選擇恒溫加熱PTC熱敏電阻作為材料，主要電路連接為串聯連接。將PTC熱敏電阻串聯在電路中，通入12V的直流電后使熱敏電阻發熱來加熱水溫，當水溫達到2226（嬰兒最適宜的溫度），PTC熱敏電阻阻值急劇上升，電路相當于開路，停止對水加溫。當水溫降低低于所設定的溫度后，PTC熱敏電阻阻值恢復，電路自動通路，PTC熱敏電阻繼續加熱水溫使水溫達到合適的溫度。這樣通過無限循環使溫度控制在一個恒定的溫度范圍內，因此可以嬰兒生存在一個恒定的溫度下。大致控制環節如圖1所示：（二）夏天降溫原理主要利用的是半導體的制冷原理。將半導體材料制成的PN結回路與PTC熱敏電阻并聯，冬天斷開PN結回路，夏天則斷開PTC熱敏電阻接通PN結回路。在PN結接觸面上有熱電能量轉換的特性，應用帕爾貼效應能量在材料交界處以熱得形式吸收或者放出，從熱端到冷端的傳導熱為：K為半導體制冷器導熱率，為半導體制冷器熱端和冷端的溫度。系統總體方案系統結構設計控制系統采用閉環控制系統。溫度傳感器采集水的溫度，溫度傳感器通過采集的溫度和需要設定的溫度進行對比，控制溫度調節器對水進行調節，使水溫處在一個合適的溫度范圍內。類似的溫度控制系統結構如圖2四所用重要材料的相關敘述（一）PTC材料PTC是Positive Temperature Coefficient 的縮寫,意思是正的溫度系數,泛指正溫度系數很大的半導體材料或元器件.通常我們提到的PTC是指正溫度系數熱敏電阻,簡稱PTC熱敏電阻. PTC其實就是陶瓷的一種。主要成分就是鈦酸鉛，利用燒制過程中造成的內部缺陷，在通電的時候電阻值會隨溫度改變，從而使其具有在不恒定電壓下具有相對恒定溫度。或者換個說法就是PTC的電阻會隨著電壓的變化而變化。因為此特性，PTC被廣泛應用。比如冬天用的一部分烘手機，部分空調里的發熱器，以及某些電子元器件上使用的限流電子元件也是由PTC制作的。PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導體電阻,超過一定的溫度(居里溫度)時, 它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高.現有的加熱器大都采用電熱管、電熱絲等傳統器件加熱，電熱管的外殼為不銹鋼制成的鋼管，內有發熱元件電阻絲，加熱時通過電阻絲及鋼管向外界傳熱，當空氣不流動時，電熱管的熱量就散不出去，溫度會越來越高，嚴重時會燒毀電熱管，甚至發生火災。而PTC熱敏電阻作為發熱材料，具有節能恒溫、無明火、安全性好、發熱量較易調節、受電源電壓的波動影響小、升溫迅速等特點，因此，設計使用PTC熱敏電阻做加熱材料的恒溫加熱系統對安全度要求較高的應用是很有意義的。（二）半導體制冷片半導體制冷片（TE）也叫熱電制冷片，是一種熱水泵，他的優點是有滑動部件，應用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無制冷劑污染的場合。半導體空調沒有制冷劑，不會泄露，不怕震動，不怕傾斜，不怕顛倒；運轉無機械運動，不會磨損；體積小，可靠性高。且半導體空調冷熱調節范圍廣，冷熱交換快。大溫差環境，即使外界環境高達60攝氏度，散冷器表面的溫度依舊可以保持在22-25度。半導體制冷片的工作運轉是用直流電流，它既可制冷又可加熱，通過改變直流電流的極性來決定在同一制冷片上實現制冷或加熱，這個效果的產生就是通過熱電的原理。半導體制冷片作為特種冷源，在技術應用上具有以下的優點和特點： 1、不需要任何制冷劑，可連續工作，沒有污染源沒有旋轉部件，不會產生回轉效應，沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。 2、半導體制冷片具有兩種功能，既能制冷，又能加熱（本作品中也可選著半導體加熱，但主要是利用PTC恒溫加熱材料），制冷效率一般不高，但制熱效率很高，永遠大于1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統和制冷系統。 3、半導體制冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實現高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現遙控、程控、計算機控制，便于組成自動控制系統。 4、半導體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達到最大溫差。 5、半導體制冷片的反向使用就是溫差發電，半導體制冷片一般適用于中低溫區發電。 6、半導體制冷片的單個制冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯的方法組合成制冷系統的話，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。 7、半導體制冷片的溫差范圍，從正溫90到負溫度130都可以實現冬暖夏涼嬰兒床的實體圖1 皮帶輪軸，一端裝有皮帶輪，另一端裝渦輪葉片。3為引水槽，將水在渦輪葉片的作用下由1向2引導。2靠3的那一端用導熱能力好的材料制作，有一定的硬度，與水接觸，另一面涂有硅膠同時與半導體制冷片的P端或N端接觸，將PTC片上的熱量傳遞給3中的水將水加熱或者將水中的熱量傳遞到半導體制冷片