智能一體式隔音床簾設(shè)計(jì)分析

蔣 濤 周天俊 申 欣 汪子晨

（上海工程技術(shù)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，上海201620）

現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，大學(xué)生宿舍一般都是幾名同學(xué)合住。在日常生活中需要休息的同學(xué)難免被其它聲音打擾。比如舍友熬夜打游戲發(fā)出很大聲音或是有打鼾的現(xiàn)象。有的同學(xué)受其影響十分痛苦，晚上無法入睡，不但無利于同學(xué)關(guān)系，還十分影響學(xué)習(xí)生活，這些同學(xué)就迫切的需要擁有更安靜的環(huán)境來保證睡眠質(zhì)量。因此發(fā)明隔音床簾的意義就在于把高質(zhì)量的睡眠還給飽受噪音之苦的同學(xué)們，讓其脫離失眠的痛苦。但是現(xiàn)在消費(fèi)市場(chǎng)中，找不到此類型產(chǎn)品，同學(xué)們只能依靠降噪耳機(jī)和耳塞來保障自己的睡眠，然而耳機(jī)和耳塞不但對(duì)人耳有傷害，而且使用體驗(yàn)較差，佩戴舒適感低。如何隔絕生活中的噪音也是很多單位研究的熱點(diǎn)。為了在寢室中實(shí)現(xiàn)隔音降噪的目的，需要建立一個(gè)能有效降噪并有一定環(huán)境控制功能的床簾。并在此基礎(chǔ)上完成實(shí)物之后驗(yàn)證其具體性能。

1 智能風(fēng)扇系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)基本電路的結(jié)構(gòu)和原理，采用STM 單片機(jī)與溫度傳感器進(jìn)行搭建。

1.1 溫度控制系統(tǒng)

溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。溫度控制系統(tǒng)有溫度傳感器、單片機(jī)（STM）、繼電器模塊三個(gè)主要部分。溫度傳感器主要功能是將床簾內(nèi)部的溫度通過傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)，風(fēng)扇控制系統(tǒng)主要包括靜音風(fēng)扇、手動(dòng)開關(guān)、并聯(lián)電路等，主要功能是使靜音風(fēng)扇根據(jù)單片機(jī)計(jì)算出的指令來控制靜音風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還要保證靜音風(fēng)扇的穩(wěn)定性。單片機(jī)根據(jù)傳感器信號(hào)判斷床簾內(nèi)部溫度狀態(tài)，控制繼電器模塊和靜音風(fēng)扇,使靜音風(fēng)扇正常轉(zhuǎn)動(dòng)和提供給使用者良好的溫度感。

圖1 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 風(fēng)扇控制系統(tǒng)

選用的風(fēng)扇是型號(hào)為F008 的USB 接口靜音風(fēng)扇，最大輸出功率5W，輸入電壓5V，輸入電流1.0A。兩個(gè)風(fēng)扇并聯(lián)時(shí)，應(yīng)該選擇電源電壓大于5V/2A 的電源。因此選擇了輸出為5.1V-6A 的20000mAh 電寶供電。將風(fēng)扇與床簾看作一個(gè)整體，進(jìn)行簡(jiǎn)化模型，一個(gè)風(fēng)扇從外面往里面抽空氣，另外一個(gè)風(fēng)扇從外面往里邊抽空氣達(dá)到在床簾內(nèi)流動(dòng)空氣，控制溫度的作用。設(shè)計(jì)床簾既可以手動(dòng)開關(guān)，也可以根據(jù)溫度自動(dòng)開關(guān)。根據(jù)溫度自動(dòng)開關(guān)時(shí)，設(shè)置溫度傳感器作為信號(hào)輸入源，檢測(cè)溫度并轉(zhuǎn)換為可用輸出信號(hào)，做到以溫度來控制電流的通斷和大小，單片機(jī)程序根據(jù)溫度傳感器讀取當(dāng)前環(huán)境溫度，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序控制風(fēng)扇的開啟和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。見圖2。

圖2 風(fēng)扇控制系統(tǒng)實(shí)物圖

2 一體式隔音床簾構(gòu)成

一體式隔音床簾由兩部分組成，分別是桿架和簾布。考慮到床簾在實(shí)際使用中的情況，使用19mm 管徑的不銹鋼圓管作為桿架材料。這種材料質(zhì)量輕、強(qiáng)度較大，同時(shí)價(jià)廉易得。適合用于桿架。隔音簾布選擇了汽車用吸音隔音棉，采用了激光點(diǎn)壓技術(shù)的16mm 加厚濾波消音。環(huán)保型的聚酯纖維材料有未添加塑化劑，不含甲醛等有害物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。桿架結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 桿架材料實(shí)物圖

3 隔音床簾模型驗(yàn)證

隔音床簾實(shí)物搭建好之后對(duì)其進(jìn)行實(shí)物測(cè)試。將所建立的隔音床簾模型使用分貝儀進(jìn)行對(duì)比分析，測(cè)量在各樣條件下隔音床簾的性能。在室內(nèi)環(huán)境下用分貝儀測(cè)得環(huán)境背景音如圖4。分貝值隨時(shí)間一直穩(wěn)定聚集在30db 附近，此時(shí)聲源在分貝儀附近出播放60db 的白噪聲?？梢栽诜重悆x上看到明顯上升的曲線。此時(shí)將分貝儀放入床簾內(nèi)，聲源持續(xù)播放白噪聲，可看到經(jīng)過隔音床簾的削弱，床簾內(nèi)部分貝儀檢測(cè)到的分貝值明顯下降。見圖5。智能一體式隔音床簾模型圖見圖6，實(shí)物如圖7。

圖4 環(huán)境背景音圖

圖5 床簾降噪效果圖

圖6 床簾模型圖

圖7 床簾實(shí)物圖

4 結(jié)論

論文中概述了風(fēng)扇控制系統(tǒng)實(shí)物，并與單片機(jī)、傳感器進(jìn)行聯(lián)合控制，加上床簾與桿架組成了一體式隔音窗簾。采用分貝儀對(duì)床簾實(shí)物的隔音效果進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，驗(yàn)證了所建立風(fēng)扇溫度控制系統(tǒng)能穩(wěn)定根據(jù)溫度變化開關(guān)風(fēng)扇，床簾具有降低噪聲、保證床簾內(nèi)溫度的效果。