金坤坤，惠 妍，葛 珊，柯雪兒

（安徽三聯(lián)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

萬物都離不開水，而盛水的容器從古至今琳瑯滿目、各種各樣。這些水杯大多停留在盛水的容器層面，并沒有突破傳統(tǒng)缺陷，給用戶帶來更多的方便和安全。本文所研究的智能杯一開始在歐洲、美國等一些發(fā)達(dá)國家使用得比較廣泛，樣式多種多樣。例如一款適合在野外使用的杯子—通過3層過濾器使原本渾濁的水直接凈化成飲用水。還有一款SUWU工作室發(fā)明的藥罐瓶，其瓶蓋與市面上大部分的瓶子匹配，可以充當(dāng)藥盒，按時提醒病人吃藥?？茖W(xué)家Ozmo發(fā)明了一款可提醒喝水的杯子，用戶只需將杯子與手機(jī)里的軟件相連，就可以檢測自身的飲水量，還可以追蹤用戶咖啡的攝入量，防止飲用過量的咖啡因。雖然國外的科技水平較高，但是由于產(chǎn)品本身的價格及其他因素限制了其發(fā)展[2]。

1 多功能杯的設(shè)計理念與使用方法

1.1 設(shè)計理念

國內(nèi)目前出現(xiàn)的智能杯[1]主要依靠最原始的比熱容儲熱來完成。杯壁含有的醋酸鈉水溶液，在外力的作用下使醋酸分子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致其內(nèi)的分子發(fā)生相變，在醋酸鈉由水溶液相變過程中利用吸熱散熱來改變杯子內(nèi)部水的溫度。但其體積龐大，且里面含有大量的內(nèi)液，長時間使用不僅麻煩，還會帶來健康問題。

文章在傳統(tǒng)杯子以及現(xiàn)代新進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計一款多功能杯，在對水保溫的基礎(chǔ)上，通過智能調(diào)節(jié)，只需在外屏輸入所需要的溫度，其內(nèi)置的集成芯片便會控制溫感薄膜進(jìn)行冷熱水的調(diào)節(jié)。這款杯子在傳統(tǒng)保溫杯的基礎(chǔ)上加了一道工序—內(nèi)膽鍍銅，大量實驗數(shù)據(jù)表示其保溫效果比之前的保溫效果提高20%。

1.2 多功能杯使用方法

本項目核心是在傳統(tǒng)的杯子中間加一層健康無危害的高分子溫感高分子隔膜，在杯子底部加上集成芯片，在杯子外壁內(nèi)嵌顯示屏。杯子自帶保溫系統(tǒng)，溫感隔膜在集成芯片的控制下通過熱水進(jìn)冷水進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到所需要的水溫。本項目實物輕便、操作簡單，適合多個年齡層的用戶，通過集成芯片和溫感隔膜來調(diào)節(jié)已有的冷熱水，使用者只需將需要的溫度輸入在外壁的內(nèi)嵌顯示器，就可以通過內(nèi)部的軟件和集成芯片來調(diào)動溫感隔膜進(jìn)出冷熱水來滿足需求[3]。

2 多功能杯設(shè)計原理

設(shè)計原理框架如圖1所示。

圖1 設(shè)計原理框架

2.1 深層過濾

深層過濾采用的凈水方法是紫外線消毒，借助活性炭吸附作用，在杯蓋內(nèi)頂部安裝上了紫外線殺菌燈，即一種利用紫外線殺菌作用進(jìn)行滅菌消毒的燈具。紫外線消毒是其他技術(shù)沒有辦法比擬的，殺菌效率可達(dá)99%～99.9%，主要作用于微生物的DNA，破壞DNA的結(jié)構(gòu)，使其失去繁殖能力，達(dá)到消毒滅菌的目的。該波段紫外線的殺菌能力最強(qiáng)（規(guī)格為15 W），平均壽命為8 000 h。

2.2 “不倒翁”設(shè)計

平時在喝水的時候都會遇到一不小心把水撒了出去的情況，不僅會使物品受到損毀，人身安全還會受到危害。多功能杯底部加有合適的配重，當(dāng)受到力的撞擊時，會立即把杯蓋合上，杯底類似于“不倒翁”的底座，所以不會造成損失，巧妙地利用鋰電池的重量，把杯子設(shè)計得更加安全。

2.3 調(diào)節(jié)水溫

杯子中間加一層健康無危害的高分子溫感隔膜，隔膜由羥基磷灰石納米構(gòu)成，有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，足夠的機(jī)械強(qiáng)度，非常薄，表面多孔有序，保證水分子的正常通過，該膜可實現(xiàn)在150 °的高溫下安全工作，在杯子底部加上集成芯片，在杯子外壁內(nèi)嵌顯示屏，事先把開水和冷水加入隔膜中，杯子可以帶保溫系統(tǒng)，系統(tǒng)電能由環(huán)保的鋰電池提供。

2.4 缺水定時提醒

當(dāng)人體缺水的時候就會出現(xiàn)一些問題，比如皮膚干燥、頭發(fā)干枯等。多功能水杯可以用藍(lán)牙鏈接手機(jī)，如果人體缺水了會自動發(fā)送信息給手機(jī)，具體到需要喝多少升的水，水杯也會自動調(diào)整到適宜飲用的水溫。每天攝入標(biāo)準(zhǔn)水分，會使身體長時間地保持健康狀態(tài)[4]。

2.5 健康環(huán)保

保溫杯采用銅膽，銅的密度較高，相對于鋁鐵而言，分解量更少，比鐵鋁更穩(wěn)定。用銅內(nèi)壁在一定溫度下可以析出微量銅元素，補(bǔ)充銅微量元素，這些元素是其他地方得不到的。銅具有殺菌作用，是合成血紅蛋白的催化劑，對身體有益，發(fā)達(dá)國家基本上用銅作為自來水管線。

2.6 一鍵啟動

杯子外壁內(nèi)嵌顯示屏，需要多少度的水只需在外屏輸入相應(yīng)的數(shù)字，溫感隔膜在集成芯片的控制下通過熱水進(jìn)冷水進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到所需要的水溫，使大眾可以短時間內(nèi)喝到適溫水[4]。整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 多功能冷熱一體杯構(gòu)造

3 結(jié)語

多功能冷熱一體杯的設(shè)計涉及了多個學(xué)科范疇，包括電子、自動控制等，是一個綜合性應(yīng)用研究課題。本設(shè)計以飲用水健康為目的，設(shè)計功能多樣的智能杯，智能化的設(shè)計可以極大地方便人類的生活。產(chǎn)品系統(tǒng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定、安全可靠，具有較強(qiáng)的實用性，具有產(chǎn)品化意義。