平板电脑结构设计研究综述.docx
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平板电脑结构设计研究综述
本科毕业论文
题
目
平板电脑结构设计研究
作者：
薛春雷
专业：
机械工程及自动化（机电一体化）（本一）
指导教师：
周旭
完成日期：
2015年5月25日
原创性声明
本人声明：
所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。
除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。
参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签名：
日期：
本论文使用授权说明
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学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。
（保密的论文在解密后应遵守此规定）
学生签名：
指导教师签名：
日期：
南通大学
毕业设计（论文）
题目：
平板电脑结构设计研究
姓名：
薛春雷
指导教师：
周旭
专业：
机械工程及自动化（机电一体化）（本一）
南通大学机械工程学院
2015年3月10日
摘要
随着科学技术的进步，平板电脑的发展越来越快，所以对平板电脑的结构设计变得非常重要，平板电脑必须具有防尘、防潮、散热性和良好的电磁兼容性的特点，除此之外还要考虑整机的便携性。
这个课题对平板电脑的结构进行密封性设计，对显示屏和机身整体起到了防尘、防潮的效果，更好地保护内部元器件。
外壳材料选用质地轻柔的钛镁合金，加工方便，在一定程度上减轻了整机的重量，同时能够制造出更薄的平板电脑。
通过合理的电路板设计和制造工艺，对系统电磁干扰减小到最低。
提升芯片的制造工艺减少热量的产生，同时选择金属材质能够具有有效的散热效果。
关键词：
便携性，防尘，防潮，散热性，电磁兼容性
ABSTRACT
Withtheprogressofscienceandtechnology,thedevelopmentoftheTabletPCmorequickly,sothestructuraldesignoftheTabletPChasbecomeveryimportant,tabletsmusthavedust,moisture,heatdissipationandexcellentelectromagneticcompatibilitycharacteristics,additionalsoconsidertheportabilityofthemachine.
TheissueofstructuraltightnessTabletPCdesign,displayandbodyasawholeplayedadust,moistureeffects,tobetterprotecttheinternalcomponents.HousingmaterialselectionLightweighttitaniumalloy,easytoprocess,toacertainextent,toreducetheweightofthemachine,atthesametimebeabletoproducethinnertablet.Reasonableboarddesignandmanufacturingprocessesofthesystemtominimizeelectromagneticinterference.Chipmanufacturingprocesstoenhancethegenerationofheatisreduced,whilethemetalmaterialselectioncanhaveaneffectivecoolingeffect.
Keywords:
Portability，Dust-proof，Moistureproof，Heatdissipation，ElectromagneticCompatibility
2.1国内品牌平板电脑的结构设计方案概述...................................5
2.2国外品牌平板电脑的结构设计方案概述....................................10
第3章平板电脑结构设计具体设计方案研究.................13
3.1便携设计........................................................................................13
3.2散热设计........................................................................................14
3.3防尘设计.......................................................................................15
3.4防潮设计.......................................................................................17
3.5电磁兼容性设计...........................................................................18
3.6塑料结构件设计...........................................................................19
第4章总结..............................................20
第1章绪论
1.1课题研究的背景
随着信息化世界的发展，各类电子类产品随之出现，人们对电子产品的要求也越来越多，因此世界各国都在研究制造能够满足人们需求的电子产品。
以平板电脑为代表的电子产品席卷全球，在2010年，苹果公司宣布推出名为iPad的平板电脑，一下子加速了平板电脑市场的发展，从而掀起了平板电脑的购买潮，人们不再依赖于笔记本电脑，而取代它的是方便携带的平板电脑，它的功能也在逐渐完善。
随着人们需求量的增加，平板电脑市场参与者也越来越多，以iPad为首的平板电脑市场竞争也变得更加激烈。
平板电脑的外观和笔记本电脑比较类似，但它不是简单的笔记本电脑，它是一种笔记本电脑的浓缩版。
它的外形特点介于笔记本电脑和掌上电脑之间，但其处理能力比掌上电脑要强大，和笔记本电脑相比，它可以具有手写式输入或者语音式输入的功能，还具备很强的移动性和便携性。
用户使用平板电脑的时候可以随意转动它的显示屏幕，一般它的液晶显示屏具有自带的触摸识别功能，可以通过电磁感应方式输入。
普通平板电脑液晶显示屏幕的尺寸小于10.6英寸，具备手写识别和无线通信的功能，使用平板电脑还可以移动通信、移动娱乐、移动商务。
平板电脑的结构设计分为两种类型，一是“可变式平板电脑”，它是集成键盘形式，另外一种是“纯平板电脑”，可以外接键盘。
平板式电脑本身就有一些新的应用软件，人们只需要在屏幕上书写，就可以把手绘图形或文字输入到计算机里面。
可变式平板电脑的主机是通过一种特殊的方式将液晶屏和其它结构连接起来，它把键盘和主机有效地集合起来。
当把液晶屏掀起的时候，可以把它当作一台类似于笔记本电脑的电子产品；而当液晶屏和主机折叠起来的时候，可以当成“纯平板电脑”。
更重要的是，它的屏幕可以上下翻转，不仅如此，还可以180°随意旋转，用户和周围的人可以一起看到整体画面的效果。
总的来说，和“纯平板电脑”对比，更加接近于笔记本电脑的是“可变式平板电脑”。
为了使用户能够有更好的体验，平板电脑生产企业和研究者研究的平板电脑必须具有一定的功能，最重要的结构设计满足便携式，散热，防尘，防潮的作用，还要对其进行电磁兼容性设计和塑料结构件设计。
21世纪，用户需要的平板电脑必须有即时并且随时随身随地地触摸体验。
它的整体结构满足更薄更轻更快的特点。
自2010年以来，三星和苹果等品牌的平板电脑成为人们主流选择的平板电脑，但是因其价格不满足普通消费者的需求，一些国内品牌平板电脑随之出现，例如联想，台电，华硕等品牌都能够满足普通客户的用户体验，虽然在一些功能方面没有国外的领先，但是国产的平板电脑的优点日益突出，生产厂家也在研究生产制造性价比更高的平板电脑。
近些年随着人们生活水平的提高和生活质量的改善，国产平板电脑的销量也在攀升。
平板电脑已经应用于军事，工业，生活等方面，国外一些科技发达的国家生产的平板电脑已经能够运用于各种场合，方便人们的工作生活。
对于国内来说，国产的平板电脑才刚刚起步，它的发展之路崎岖而道远。
在研究平板电脑的结构设计时，一般设计开发者都会通过对它的便携设计、散热设计、防尘设计、防潮设计、电磁兼容性设计以及塑料结构件设计这几个方面着手设计出最满足用户需求的平板电脑，在这方面设计做的好的能够拥有更好的市场竞争力。
但是在设计过程中都会遇到各种问题，很难做到兼顾各种设计满足要求，所以在最大程度上设计出最好的平板电脑是设计者和开发商所考虑的最主要的问题。
在全球范围内目前来说最好的平板电脑是美国的iPad，它的整机结构设计基本上都处于领先的地位，很多国家无法超越，只能模仿，但达不到设计要求。
iPad能够吸引全球用户的要求主要是它的结构设计合理，整机视觉感和使用感都比较符合我们的要求，不仅如此它的系统，硬件设备都是最突出完美的。
以下是iPad拆解的图片和它的主板图片：
1.2课题的发展趋势
随着各行各业对平板电脑的需求量和要求越来越多，对平板电脑的结构研究也成为厂家和制造商的重要内容。
国内外各种品牌的平板电脑厂家也在一直创新，在原有的基础上生产出更加适合人们使用具有更好功能的平板电脑。
为了使人们能够有更好的用户体验，平板电脑的结构也出现了新的发展趋势。
与此同时，Ipad平板电脑的价格相对比较昂贵，用户希望能够买到更加便宜的平板电脑。
性价比高的平板电脑成为未来的发展趋势。
（1）外观设计更便携
用户在不断提升对于平板电脑便携性的要求标准，平板电脑的必然趋势是材质上更轻、造型上更薄；使用时，最可能地排除外观视觉对其地干扰，能够增强用户的使用体验；不用的时候，能够突出平板电脑和周围环境的整体性和和谐性，增强它的视觉体验价值。
为了能够突出用户和平板电脑足够的亲和力，减小平板电脑和用户之间的心理距离，将对平板电脑进行造型设计、材质设计、颜色设计、表面加工处理等方式来完善平板电脑的整体结构。
这样对于用户来说平板电脑不仅仅是一款电子产品，它能够作为一种帮助用户，和用户亲密接触并且完全融合用户生活的好帮手。
要使平板电脑能够完善他本身，完全地把它原有的特色展示出来，未来设计者或者厂家会从它的材质，表面处理以及它的部件结构着手设计，使平板电脑具备防尘、防潮、防滑、防摔等基本特性。
（2）用户体验方式多样化
现如今平板电脑已经成为现代人的工作和生活伙伴，平板电脑在人们手中随处可见，用户对它的体验方式要求将会更多。
平板电脑将会实现移动办公，这也是未来的发展趋势之一。
它不但能够满足商务人士的办公要求，而且可以和使用环境，比如办公环境、教学环境、家居环境中的其他的一些电子设备连接使用，满足用户的使用要求。
它的显示方式不再局限于只是通过屏幕液晶屏显示，而是有更好的方式，例如投影界面、空气界面、玻璃界面、自然用户界面等各种方式显示。
这也是研究者，设计者未来的目标。
目前采用触控的方式操作平板电脑，未来还可以尝试手势、情感计算、口头搜索等其他方式操作平板电脑，这样会更加灵活方便我们的生活体验。
为了让用户能够得到超级体验需求，能够身临其境感受平板电脑带给我们的不一样的感觉，未来还将会在它的触觉、视觉、嗅觉、听觉等方面研究设计。
未来的平板电脑将会更加多样化满足用户体验要求，这也是未来的发展趋势之一。
（3）突破平板电脑兼容性设计
在用户平时使用平板电脑的时候，经常性地受到自身或者外部环境的电磁干扰。
因此一款好的平板电脑必须具备足够好的兼容性，而目前平板电脑还处于很薄弱的环境，对它电磁兼容性设计的突破成为大家的难题。
电磁兼容性是考量平板电脑好坏的一个重要标准。
对平板电脑的结构设计来说，电磁兼容性设计变得至关重要。
目前国内外电磁兼容性设计在平板电脑的某些领域发展不错，但是在其他领域有很大欠缺，容易受到外部其他电子设备的干扰，从而影响使用平板电脑，并且可能使本身数据的安全性造成威胁。
我们必须依靠科技的力量，通过自主研发和生产制造能满足用户对于电磁兼容性高要求的平板电脑，特别是军事领域，它的安全性更加重要。
突破平板电脑的兼容性设计成为未来的发展趋势之一，生产厂家和设计者必须努力研究找到突破口。
第2章
国内外平板电脑结构设计实例
2.1国内品牌平板电脑的结构设计方案概述
2.1.1昂达平板电脑具体结构设计方案
昂达平板电脑是中国品牌电脑之一，深受广大消费者的亲睐。
昂达是国内著名电子品牌，成立于1989年，昂达自主生产的华硕主板、打印机、显示器等等都拥有了非常高的市场，也获得了用户非常好的口碑。
昂达电子为了占有平板市场，推出了一系列的平板电脑，这些平板电脑的性价比都比较高，产品的性能也越来成熟。
近些年，昂达电子生产出了各种型号的平板电脑，特别是2014年7月推出的昂达V989深受广大消费者的喜爱，消费者会选择这款千元性价比高的平板电脑来满足自己的要求。
昂达V989的结构设计在便携性、散热效果、防尘防潮、电磁兼容性、塑料结构件设计等方面有了更大的突破。
昂达V989平板电脑采用最新的全志A80Octa处理器，它的顶级配置吸引了消费者的眼球，主要配置有64核PowerVRG6230显示GPU、9.7英寸IpadAir原装视网膜屏、USB3.0接口、超轻巧机身、三轴陀螺仪等高配置。
这样的高配置平板电脑性能测试已经追赶上了国外某些品牌的平板电脑。
昂达V989的具有轻巧机身的特点，更方便用户携带，昂达电子更加考虑它的结构设计，能够使平板电脑产品更加方便消费者携带。
它的尺寸是239*169*7.9mm,而重量仅仅只有490g,该尺寸屏幕大小完全符合用户的使用要求和视觉体验，而如此轻的重要也更加方便用户随身携带和使用，在便携性设计方面昂达一直在突破自我，通过设计各方面的零部件能够使机身重量降到最低来吸引消费者，这点足够说明国内品牌的平板电脑一直在进步。
昂达平板电脑的显示屏采用9.7英寸Air原装视网膜屏取代了普通的液晶显示屏，显示效果会更加清楚，所以说它是一种超越人类肉眼辨认极限的具有超级高像素密度的液晶显示屏，屏幕显示比普通的更加清晰、惊艳、鲜活。
它的整体厚度比之前的更薄，因此整体的重量也越轻，更加突出了它的便携性。
昂达V989更加突出的是它的机身外观设计，采用的是金属机身磨砂处理的方式，昂达平板电脑产品在外观设计方面一直保留了目前主流产品的风格，机身正面的屏幕是9.7英寸的Retina级别并且配合有200万像素的前置摄像头，它的位置是在机身屏幕正上方。
昂达V989在塑料结构件设计方面又有了新的方式，在机身的背部采用的是塑料材质以及金属砂砾喷涂相结合的形式，金属触摸感非常强烈，使用这种形式减轻了机身的重量同时也减小了它的厚度，昂达V989实际测量的机身厚度是8.4mm.机身背部给我们整体的感觉非常的简洁，在中央有昂达的Logo标志，简约时尚，机身下方标志了产品的有关信息，不仅如此，还有一个与Ipad非常类似的长条形的白色模块位于机身顶部位置上。
用户更加注重使用手感，昂达V989从整体上给我们的感觉还是非常不错的，扬声器的设计位置也是符合整体设计的要求，不会影响使用效果，可以说这样大尺寸的昂达产品在现在主流产品中评价它的便携性时，它是处在中游水平，还有足够的发展空间。
昂达V989拥有超级观感的高清屏幕，完美的呈现了它的2048*1536屏幕在现实图片中的细腻度，它的工艺水平和整体结构的设计水平在我国整个国产平板电脑领域当中还是遥遥领先的。
昂达V989突破了传统的散热功能，它的散热效果比之前的几款产品要更好，因为机身外壳的设计使它具有更好的散热效果，不仅如此，在三防设计方面，它的防尘，防潮，防摔设计有了大幅度的提高和改进，给用户更加完美的体验。
我们对昂达V989进行了多场景的散热性测试，和续航方面变化情况比较类似，处理芯片工艺制程提升后，它的温度得到有效的控制。
在目前平板电脑虽然没有笔记本电脑散热大幅提升，但是在它的整机结构没有发生很大变化的前提下，它的散热性和续航能力具有相同的提升趋势，机身表面的温度不再出现之前达到50℃以上的情况。
通过利用FLUKETi25热成像仪对机身进行温度检测，模拟了不同使用场景下的机身温度。
我们模拟用户进行大型游戏时，在它的散热表现中，半个小时后机身表面的温度基本达到恒定的状态，我们通过热成像仪可以很清楚的看到在后置摄像头的左边区域它的温度堆积相对明显，这也是未来需要克服的重点。
在游戏进行10分钟之后正面温度在45度左右，平均温度是37度；背面的最高温度是42度，平均温度37.5度左右。
总体来说还是我们人体可以接受的范围。
昂达V989进行视频播放测试时，它的机身热量主要来自于不停变换显示画面的屏幕面板所产生的热量，它通过设计DSP芯片来处理视频解码运算工作使其负载热量消耗比较低。
它的机身正面平均值是31度左右，背面平均值是31.5度左右。
和前几代昂达系列产品相比较，昂达V989它的内部主板的布局更加地合理，结构比以前的更加紧凑，除此之外采用8层PCB，整机的运行稳定性得到足够大的增强。
主板芯片的布置位置也非常重要，能够全部集成在正面有利于散热，而主板的背面应该只是设置一些常用的接口，这样可以有效的提升传输的速度。
以下是它的主板布局和芯片布局图：
除此之外昂达V989在电磁兼容性设计方面实现了更好的突破，能够很少或者几乎没有受到外部电子设备的干扰，这也是这款产品比较突出的特点。
2.1.2昂达V989产品可靠性测试结果
表2-1昂达V989产品可靠性测试结果
裸机跌落
70cm完好无损
储存环境
温度-20℃-60℃，湿度90%
高低温启动
高温45℃80%RH低温0℃保持4小时开机
振动
满足户外环境，公路运输环境
按键寿命
5000以上
三防
防尘、防潮、防摔
插拔刀
连续1000次
电磁兼容性
主板级主被动防护，防电磁干扰和信息泄露
2.1.1台电平板电脑具体结构设计方案
国内用户者在亲睐于iPad的同时，也有一部分的用户会选择国内口碑相对比较好的平板电脑，在满足自身要求的同时，更加考虑到它的性价比，价格的合理是这部分用户选择的主要因素。
除了昂达平板电脑，还有一款品牌是台电平板电脑也在市场上占有一定的优势。
它的结构设计优点体现在整体的便携性。
台电平板电脑有一款比较好的是台电X16HD产品，它的屏幕尺寸比其它品牌的平板电脑相对要大些，屏幕尺寸达到10.6寸，这样的大尺寸屏幕能够使用户更好的获得视觉体验。
这款平板电脑最突出的是它具有双系统，它把windows操作系统和安卓操作系统有效的结合。
双操作系统的好处是能够在不一样的环境中通过调试软件来测试它的兼容性，除此之外还可以体验双操作系统它们不同的功能，这样可以有效地提高效率，双系统不会影响整机的运行速度，另外如果某一个系统出现中毒，我们可以再另外一个系统中进行杀毒操作，某一个系统如果不能正常使用，那么可以把里面有用的数据拷贝到另外的系统中，这样可以防止数据丢失。
但是它也有一定的局限性，它会使开机速度变慢，并且会占用硬盘容量。
它的屏幕也是采用目前比较流行的视网膜IPS屏幕，这种屏幕给用户的感觉画面更加清晰，更加有视觉感，它的分辨率是1920*1080，能够和Windows8.1操作系统做到完美的结合，这样它的显示效果更加出色，触控操作也更加地准确。
台电X16HD的机身材料选择金属机身，厚度仅为8.2mm,并且它带有磁吸键盘接口，能够方便地使用键盘和平板电脑相结合，更好地输入信息，这也是这款平板电脑和其它款具有不一样的特色。
因此，这样独特的结构设计能够更好地突出这款平板电脑的便携特性。
下图是它的整机和键盘相结合的图片信息：
通过它的整机设计图我们可以更好地感觉到它的便携性，在不使用它的时候可以方便地拆除键盘，使用时能够快速方便地将键盘通过它的磁吸接口进行连接。
从台电X16HD的外观设计可以看出它的整机的长度比其它的要更加狭长，整体握感突出，周围边框也是比较宽的，虽然边框和现在流行的超窄边区别比较大，但是使用效果比较好，能够降低误触的几率。
它的正下方是传统的win健，正上方是摄像头，像素达到200万，能够比较清晰的展现用户需要的画面。
从它的整体看来，结构非常简洁，具有一定的专业感。
台电X16HD的背面使用的材质是金属材质，用户触摸时的手感比较好，但是在重量要是比较欠缺的，这是金属材质无法避免的问题，虽然如此，在强度方面达到很高的水准，能够耐摔，耐挤压，这也是它的突出特点。
它的背面还有一个后置摄像头达到500万像素，拍出的画面非常清晰。
它使用的接口主要有MicroUSB和耳机接口，这是平板电脑必须具有的接口，另外它还设置了MiniHDMI接口，它的按键都主要设置在整机右上角的位置，有音量调节键和电源键，按键的使用感觉非常好。
它的硬件配置主要使用了英特尔64位Atom3736F四核的处理器，主频是1.33GHZ左右，除此之外配合了2GB的内存和32GB的硬盘。
这样它的运行速度也是非常好的。
表2-2台电X16HD平板电脑的规格参数
核心数
四核
操作系统
Windows8双系统
CPU主频
2.16GHZ
处理器构架
X86BayTrail
屏幕尺寸
10.6英寸
分辨率
1920*1080
触摸屏类型
电容屏
硬盘容量
32GB
内存容量
2GB
2.2国外品牌平板电脑的结构设计方案概述
2.2.1美国iPad平板电脑的结构设计方案简介
iPad平板电脑目前是国内外结构性能等方面最好的平板电脑，深受国内广大用户的喜爱。
iPad是由美国苹果公司在2010年正式发布的一款介于苹果的智能手机iPhone和笔记本电脑产品MacBook系列之间的平板电脑。
自发布以来iPad经历了4代产品的发布，与此同时还相继设计开发iPadMini和iPadAir产品。
iPad一共有四代不一样的产品，每一代都在原有的基础上做出了一部分的改动，在结构设计和它的性能等都有所进步。
iPadMini产品是由苹果公司设计、自主研发的一款整机最轻薄最便携的平板电脑产品之一。
它的屏幕为7.9寸，不同于iPad的9.7寸屏幕，这款产品也受到人们的喜爱，最重要的因素在于它的轻薄便携。
iPadMini显示屏分辨率达到1024*768，并且设有120万像素的前置FaceTimeHD镜头和500万像素的后置iSight镜头，处理器等硬件设备的规格与iPad2相比较没有太大的差别，基本保持不变。
除此之外它设有的立体声扬声器也是突出的特点，用户非常亲睐这款产品。
在iPadMini发布一年后的同一天，苹果公司召开发布会发不了最新产品iPadAir,它的尺寸和iPad一样都是9.7英
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