太陽能報警保溫水杯的設計與實踐

時圣豪　韓文嬌　劉洋　鄭戰剛

摘 要：太陽能報警保溫水杯主要為老人、視障等特殊群體而設計，主要由聲音震動報警系統和太陽能保溫系統組成。此設計是通過利用太陽能作為能量，來加熱杯中的水。在加熱過程中利用熱敏開關來控制電路開關的閉合的新型設計，充分利用了太陽能，集創新、綠色環保、節能、實用于一體。

關鍵詞：太陽能；報警保溫杯；節能環保

1 創作背景及選題意義

隨著社會生產力的發展。社會的老齡化逐漸凸顯出來，老人的視力下降，導致生活逐漸失去了獨立性，這些老人們逐漸產生了“處處需要依靠別人”的恐懼心理。隨著國家和政府對老年人和殘疾人越來越重視，進而對這些弱勢群體的保護也被提上日程。目前，普通的的水杯是由杯體和把手構成，它的功能比較單一，僅能為人們喝水之用，但若將這些杯子給一些特殊的群體，如老人和殘疾人，就不那么方便了，因為他們在向杯中倒水時，看不清或者看不到杯中的水位，往往倒不滿或者是水過滿溢出了杯子。尤其是盲人倒水都是憑借經驗、聲音和手指的感覺來識別茶水倒了多少，當然也會有出錯的時候，如遇到比較熱的水就麻煩了，有可能就會傷到自己。另外隨著生活節奏的加快，人們生活水平的提高，工薪階層的工作壓力也越來越大。高強度的生活壓力往往使他們倒水時心不在焉，甚至沒有空閑時間去倒熱水，所以無論何時都能喝到熱水成為他們亟待解決的問題。

太陽能作為一種新型的能源，綠色環保，是人類可利用的而且是取之不盡的能源，為越來越多的領域所應用。目前，國家在政策上鼓勵發展和開發太陽能產品，而太陽能也是未來的主流能源，該產品正是通過利用太陽能，起到加熱、保溫的作用，集創新綠色、環保、節能、實用于一體。

2 作品的結構特點及創作原理

2.1 作品的創作原理

為了克服一些技術的不足之處，本產品涉及一種聲音和震動報警水杯，兼有太陽能自動保溫功能，該杯體的杯口內部安裝有相互分開的兩個電極作為開關，杯底安裝有發生器和蜂鳴震動裝置，將發聲器與杯口開關連接，當水平面到杯口處碰觸到電極開關時即會使電路導通，使發聲器發聲蜂鳴震動裝置報警，提醒人們水滿了。

杯壁繞有電熱絲，利用杯體周圍的太陽能電池板所產生的電能對杯中的水進行加熱。當加熱到一定溫度時，杯體內部的熱敏開關使電路自動斷開；當降低到一定溫度時，熱敏開關使電路接通，繼續對水進行加熱。當不需要利用電能時，只需關閉開關即可，太陽能電池會將產生的電能儲存在杯中的電池內，其組成機構如圖1。

2.2 聲音震動報警系統結構特征

在水杯的五分之四的高度位置，設有溫度檢測傳感器兩個銅電極7a、7b，把手13上方設有圓形按鈕開關1、2、3、4，分別控制蜂鳴裝置、震動裝置、加熱裝置和總路。杯底的內部設有蜂鳴裝置11、震動裝置10和太陽能鋰電池9，其連接電路是，按鈕開關1、2、3、4、蜂鳴震動裝置10、11、太陽能鋰電池9串聯連接，串聯后的兩端頭分別連接在兩個銅電極7a、7b上。使用時，當水位升到杯口濕度傳感器位置，雙銅電極7a、7b通過水使電路閉合，電路導通，蜂鳴裝置11發出聲音、震動裝置10震動進行報警。不僅為人提供杯子水位報警，還能有效避免燙傷事故。當不需要報警器工作時，直接關閉開關1和2，方便、易于操作。

2.3 自動保溫系統的結構特征

透明的杯體外殼14與內膽5之間設有一個隔熱層15，隔熱層15與內膽5之間形成保溫腔16，隔熱層15外表面套有一個太陽能電池板套15，內膽5的表面纏有電熱絲，內膽底部有自動控制電路通斷的熱敏開關8，杯子把手部分設有手動開關3，外殼設有溫度顯示器17，具體工作原理是上面的封口6將外殼14、隔熱層15和內膽5連接在一起。杯體外殼14是透明聚酯材料或鋼化玻璃制成的，可以將太陽能電池板組15保護起來，又不影響太陽能電池板15的工作，內膽5可采用不銹鋼等材料。在外殼14和內膽6之間設有一個太陽能電池板組成的太陽能電池板組15，其作用主要是為整個系統提供電能，杯底的蓄電池9主要是儲存多余的電能，并配有電流穩定器，使供能更加平穩，蓄電池9還與內膽5周圍的加熱電阻絲以及熱敏開關8相連，加熱電阻絲的主要作用是加熱水杯中的水，熱敏開關8的作用是當水的溫度較高時使電路斷開，防止杯中的水被加熱到過高的溫度，當水的溫度過低時使電路接通，從而達到自動加熱的目的，外殼上的溫度顯示器17可以顯示當前的水溫，防止在不知水溫時被燙傷，杯子把手13上設有開關3，可以隨時關閉加熱系統。并設有總開關4，可以控制整個電路的通斷。

3 作品實物模型

整體效果圖如圖2所示。

4 結論與展望

4.1 創新點

（1）采用新型的太陽能電池供電，綠色環保，更節能；（2）利用水的導電原理作為開關，更方便控制；（3）利用熱敏開關控制加熱保溫系統，具有自動控制加熱的原理。可以隨時隨地喝上熱水；（4）發聲器和峰鳴裝置的加入，使本品適用于老人或盲人等特殊群體，也適用于工作節奏快、倒水時容易分神的工薪階層。

4.2 推廣價值

目前市場上的杯子只有把手和杯體，功能比較單一，而該產品在現有的水杯基礎上加以改進，通過利用太陽能，起到加熱、保溫的作用。另外太陽能的利用和開發已經成為一種趨勢，是人類取之不竭、用之不盡的綠色能源，其獨有的熱敏開關的控制，使該產品具有加熱的特性，可以使工作在外的科研人員、工人以及獨自在家的老人和殘疾人等特殊人群隨時隨地的喝上熱水，是集創新、綠色環保、節能、實用便捷于一體的新型產品。

參考文獻

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