新概念綠色發(fā)電環(huán)保鞋說(shuō)明書(shū)(共9頁(yè))

1、第三屆大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽作品說(shuō)明書(shū)科技作品類（含實(shí)物制作、軟件、設(shè)計(jì)等）作品名稱： 新概念綠色發(fā)電環(huán)保鞋 學(xué)校全稱： 德州學(xué)院 作者代表： 陳康 研究生團(tuán)隊(duì)本科生團(tuán)隊(duì)新概念綠色發(fā)電環(huán)保鞋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)者：陳康，韓廣超，馬詩(shī)樂(lè)，劉坤，辛?xí)?，康永杰，王軍鵬指導(dǎo)教師：王志坤（德州學(xué)院機(jī)電工程系，山東德州，253023）作品內(nèi)容簡(jiǎn)介通過(guò)社會(huì)需求調(diào)查與科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了綠色發(fā)電環(huán)保鞋,旨在挖掘生產(chǎn)生活中的潛在能源，節(jié)約資源，方便人們?cè)趹敉饣顒?dòng)時(shí)（尤其在電源網(wǎng)絡(luò)遭受破壞的災(zāi)區(qū)環(huán)境）的夜間照明、搜尋定位和對(duì)小功率用電器（手機(jī)、MP3、MP4、iPod音樂(lè)播放器等）的實(shí)時(shí)充電。本裝置主要由壓力發(fā)電模

2、塊、倍壓模塊、整流穩(wěn)壓模塊，電能儲(chǔ)蓄模塊、電能傳輸模塊、照明模塊、充電模塊、信號(hào)發(fā)射與接收模塊、電壓絕緣模塊和重力緩沖模塊組成。利用人行走過(guò)程中腳部上下位移的變化使線圈切割磁感線將重力做功轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)夜間照明和對(duì)小功率用電器的充電。也可通過(guò)信號(hào)發(fā)射與接收裝置，對(duì)被困人員進(jìn)行搜救。該裝置絕緣模塊保護(hù)人體不受電壓影響，緩沖氣墊置于鞋底，讓人們?cè)诨顒?dòng)時(shí)更加舒適、安全、便捷。關(guān)鍵詞：壓力發(fā)電裝置、磁感線、倍壓整流電路、信號(hào)發(fā)射與接收裝置聯(lián)系人：陳康、聯(lián)系電話E-MALE：5163638171研制背景及意義隨著當(dāng)今通訊技術(shù)日益發(fā)達(dá)，可反復(fù)使用的可充電電池的需求量在全球范圍內(nèi)

3、急劇增長(zhǎng)，特別是鋰離子系列的可充電電池，需求量更是大幅增長(zhǎng)。給成千上億支的可充電電池充電，其消耗的電能總和是驚人的。如果人們使用可充電電池，并穿上一種發(fā)電鞋，那么在行走運(yùn)動(dòng)時(shí)就自然而然地給電池充電。那么，可以清楚地聯(lián)想到綠色發(fā)電環(huán)保鞋的益處：不僅節(jié)約能源、降低排放，而且還減少了一次性電池對(duì)環(huán)境的污染。除此之外，近年來(lái)自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，該發(fā)電鞋可得到廣泛應(yīng)用。例如，在地震災(zāi)區(qū)，電線網(wǎng)絡(luò)已被破壞或者電力異常緊張的時(shí)候，利用一種發(fā)電鞋便可解決晚間的照明問(wèn)題、對(duì)小功率用電器的充電問(wèn)題，可利用鞋中所帶信號(hào)發(fā)射與接收裝置對(duì)人員搜尋定位。結(jié)合現(xiàn)實(shí)社會(huì)的需求，在多方面的考慮之下，我們?cè)O(shè)計(jì)出了綠色發(fā)電環(huán)保鞋。目

4、前有資料披露：有一種利用人們行走運(yùn)動(dòng)，踩踏齒條上下運(yùn)動(dòng)，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)并聯(lián)動(dòng)電機(jī)發(fā)電的壓力發(fā)電鞋。但因其機(jī)械傳動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦發(fā)熱、磨損快、噪音大使其效率低、壽命短。本發(fā)明使用的壓力發(fā)電裝置采用整體結(jié)構(gòu)，減少了機(jī)械傳動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦，發(fā)電效率高，噪聲小。2設(shè)計(jì)方案我們的基本設(shè)計(jì)思路是，當(dāng)行走時(shí)，人的腳和鞋底之間會(huì)產(chǎn)生一小段間隙，為了利用這種上下起伏的位移，在這一間隙之間安裝上壓力發(fā)電力裝置，人腳就會(huì)擠壓發(fā)電裝置，帶動(dòng)裝置中的永磁體產(chǎn)生上下移動(dòng)，使線圈內(nèi)的磁芯不斷變換磁極從而切割磁感線產(chǎn)生電能并在鞋內(nèi)整合了倍壓模塊、整流濾波模塊、可充電電池、發(fā)光裝置以及USB充電接口，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所產(chǎn)電能的充分利用，

5、并為日常生活提供了便利。2.1 基本設(shè)計(jì)思路總體框圖如圖1所示， 壓力發(fā)電裝置升壓裝置蓄電池LED照明充電插孔整流濾波裝置信號(hào)發(fā)射與接受裝置圖1總體框圖2.1.1壓力發(fā)電裝置在一繞有絕緣線圈的軟磁芯上下兩側(cè)放置兩個(gè)永磁體。當(dāng)人的腳跟上下移動(dòng)時(shí)，通過(guò)壓力傳導(dǎo)裝置使上側(cè)永磁體也隨著上下運(yùn)動(dòng)，使軟磁芯極不斷產(chǎn)生變化，從而達(dá)到使絕緣線圈切割磁感線發(fā)電的目的。由于上下強(qiáng)磁磁性相同，互相排斥，可有效緩沖人走路時(shí)地面給予的反作用力，讓人感到更加舒適。該方式制作簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，發(fā)電效率高。1.永磁體；2.壓力傳導(dǎo)板；3.線圈；4.軟磁芯；5.永磁體；6.彈力裝置；7.導(dǎo)槽；8.彈力裝置；9.導(dǎo)槽2.1.2升

6、壓電路該倍壓電路由簡(jiǎn)單器件二極管、電容組成。利用二極管的單向?qū)ㄌ匦院碗娙萜鞯某浞烹姽δ苤谱饕环N簡(jiǎn)單易行的升壓電路。此充電電路在保證其電流可以滿足條件的情況下，可使電壓放大四倍。將倍壓電流輸送給整流濾波電路。 升壓電路圖圖2所示圖2升壓電路圖 2.1.3整流濾波電路整流濾波電路由全橋整流堆、電解電容和穩(wěn)壓芯片7805組成。其工作原理：整流電路在工作時(shí)，電路中的四只二極管都是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用。當(dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通（D2、D4截止），在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周；當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通（D1、D3截止），在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同

7、一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的電流與電壓波形見(jiàn)圖3。圖3整流濾波電路圖圖4單相橋式整流電路的電流與電壓波形2.1.4 信號(hào)發(fā)射電路 信號(hào)發(fā)射電路有編碼芯片PT2262-IR以及簡(jiǎn)單外圍電路組成。PT2262-IR內(nèi)部包含載波振蕩、編碼、發(fā)射電路，操作簡(jiǎn)單。其編碼選通電路，使其具有保密性和抗干擾性。6路輸出相互獨(dú)立，使其具有自鎖性?？煽刂贫嗦肥褂脧?qiáng)電的通信設(shè)備，也可控制多路使用弱電的通信電路，還可同時(shí)分別控制多路使用強(qiáng)電、弱點(diǎn)的通信設(shè)備和電路。在這個(gè)發(fā)射電路中為方便考慮，將其A0-A7 8管腳懸空。其工作電壓范圍為3-15V,信號(hào)發(fā)射距離可達(dá)50米。信號(hào)發(fā)射電路圖如圖5所示圖5 信號(hào)

8、發(fā)射電路圖 2.1.5 信號(hào)接收電路 以PT2272及其外圍電路構(gòu)成的接收電路如圖6所示。芯片PT2272,具有很寬的電壓范圍,較低的功耗和較強(qiáng)的噪聲抑制能力,最大到12位三態(tài)地址管腳或6位抑制管腳,外接一只電阻的振蕩器,有鎖存型、互鎖型和瞬態(tài)輸出型。為了同發(fā)射電路地址匹配以保證其工作正常PT2262的A0-A7 8位地址均懸空。圖6中以包含了選頻網(wǎng)絡(luò)、放大、整形等電路，因此在信號(hào)接收端1/4波長(zhǎng)天線的選頻作用，控制距離較近時(shí)可以剪短甚至去掉天線。 圖6 信號(hào)接收電路2.1.6 控制系統(tǒng)以及顯示裝置電路 在滿足功能要求的條件下，為操作簡(jiǎn)單以及提高性價(jià)比，本裝置選用STC89C51控制系統(tǒng)。外圍

9、電路與信號(hào)接收電路、液晶顯示電路連接?？蓪?shí)時(shí)顯示搜尋結(jié)果，并且當(dāng)搜尋目標(biāo)出現(xiàn)后系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲音信號(hào)及燈光報(bào)警。其方便、快捷、高效的特點(diǎn)，尤其在搶險(xiǎn)救災(zāi)搜救中可得以體現(xiàn)。 2.2 機(jī)械部分我們所設(shè)計(jì)制作的這種綠色發(fā)電環(huán)保鞋沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)，其發(fā)電裝置無(wú)機(jī)械部件直接接觸，從而克服了前述齒條、齒輪和電機(jī)聯(lián)動(dòng)發(fā)電的壓力發(fā)電鞋有摩擦發(fā)熱、磨損快、噪音大和做功行程距離大等不足。其體積小，效率高，便于安裝，可操作性強(qiáng)。3 理論設(shè)計(jì)計(jì)算3.1升壓電路部分如圖2升壓電路圖所示，設(shè)輸入電壓為u2，則輸出的電壓為4倍u2。例如：若輸出電壓為1.8V,則輸出的電壓為7.2V。3.2穩(wěn)壓電路計(jì)算所輸入的電壓通過(guò)升壓電路的升壓

10、之后，還要通過(guò)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓。當(dāng)電壓通過(guò)擁有三端穩(wěn)壓器7805的電路之后，轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的5V直流電壓，就可以給蓄電池供電。4 發(fā)射與信號(hào)接收部分計(jì)算 信號(hào)發(fā)射與接收裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)不同距離的信號(hào)傳輸。經(jīng)過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作，其發(fā)射與接收距離50米以內(nèi)效果顯著。 5工作原理及性能分析當(dāng)人們行走或者跑步時(shí)，作用于地面的擠壓力和反作用力會(huì)對(duì)鞋底產(chǎn)生上下起伏的位移，利用這種上下起伏的位移，帶動(dòng)永磁鐵上下移動(dòng)，使固定線圈內(nèi)的軟磁體不斷改變磁極而達(dá)到切割線圈以產(chǎn)生電能的壓力發(fā)電器。裝配上倍壓模塊、整流濾波模塊、可充電電池、發(fā)光元件、開(kāi)關(guān)、小型插口，然后安裝在鞋子上做成綠色發(fā)電環(huán)保鞋。再在鞋子里安裝上信號(hào)發(fā)射裝

11、置，當(dāng)人們遇到地震、洪澇等災(zāi)害時(shí)，便可即時(shí)發(fā)出求救信號(hào)，以便搜救人員進(jìn)行搜救。只要人們?cè)谛凶?，便有電能產(chǎn)生。若每天步行5公里，則在這一周左右的時(shí)間里，所產(chǎn)生的電能便能夠充滿一塊容量為1050mAh的手機(jī)電池。鞋內(nèi)磁力緩沖裝置，讓人在活動(dòng)中更加舒適。實(shí)物如圖5所示，圖5綠色發(fā)電環(huán)保鞋5鞋底材料采用聚氨酯材料 聚氨酯材料綜合性能很好。不僅其強(qiáng)度高、彈性高、壓縮強(qiáng)度高，抗撕裂性能優(yōu)異，耐磨、耐氧及臭氧、耐溶劑（如非極性溶劑己烷、庚烷、石蠟油等，對(duì)于極性溶劑聚氨酯幾乎沒(méi)有任何作用，甚至在高溫條件下，聚氨酯在非極性溶劑中的溶脹也很?。屹|(zhì)量輕，對(duì)于鞋的輕量化設(shè)計(jì)很有意義。6創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用1本發(fā)明挖掘出

12、了人類社會(huì)生產(chǎn)、生活領(lǐng)域中尚未加以利用的綠色能源，在節(jié)約能源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低排放，符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)綠色、節(jié)能、低碳產(chǎn)品的新要求。2在設(shè)計(jì)上，創(chuàng)意新穎。打破了利用太陽(yáng)能等綠色發(fā)電的常規(guī)方法，而運(yùn)用壓力發(fā)電。充分考慮到環(huán)保節(jié)能等方面因素的同時(shí)，力求開(kāi)辟綠色發(fā)電新途徑，降低投入成本。3考慮到產(chǎn)品的舒適性，安裝磁力緩沖裝置，選擇聚氨酯作為鞋底材料，增加了減震效果。4在選材上，所選材料均為電子電路中最常見(jiàn)、普通的元器件，力求提高其性價(jià)比。發(fā)電機(jī)采用手工制作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作性強(qiáng)，效率較高。5在應(yīng)用上，本設(shè)計(jì)可廣泛用于人們?cè)趹敉饣顒?dòng)時(shí)的夜間照明和對(duì)小功率用電器的實(shí)時(shí)充電，也可以供給地震災(zāi)區(qū)野戰(zhàn)軍和人們?cè)谕黹g使用。6. 在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，人們可以利用鞋子里的信號(hào)發(fā)射裝置進(jìn)行求救。參考文獻(xiàn)