新概念綠色發(fā)電環(huán)保鞋說明書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第三屆大學(xué)生節(jié)能減排社會實(shí)踐與科技競賽作品說明書科技作品類（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)說明書設(shè)計(jì)者：陳康，韓廣超，馬詩樂，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，）作品內(nèi)容簡介通過社會需求調(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，方便人們在戶外活動時（尤其在電源網(wǎng)絡(luò)遭受破壞的災(zāi)區(qū)環(huán)境）的

2、夜間照明、搜尋定位和對小功率用電器（手機(jī)、MP3、MP4、iPod音樂播放器等）的實(shí)時充電。本裝置主要由壓力發(fā)電模塊、倍壓模塊、整流穩(wěn)壓模塊，電能儲蓄模塊、電能傳輸模塊、照明模塊、充電模塊、信號發(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)夜間照明和對小功率用電器的充電。也可通過信號發(fā)射與接收裝置，對被困人員進(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，讓人們在活動時更加舒適、安全、便捷。關(guān)鍵詞：壓力發(fā)電裝置、磁感線、倍壓整流電路、信號發(fā)射與接收裝置聯(lián)系人：陳康、聯(lián)系電話：、E-MALE：1研制背景

3、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)急劇增長，特別是鋰離子系列的可充電電池，需求量更是大幅增長。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)動時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環(huán)境的污染。除此之外，近年來自然災(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候，利用一種發(fā)電鞋便可解決晚間的照明問題、對小功率用電器的充電問題，可利用鞋中所帶信號發(fā)射與接收裝置對人員搜尋定

4、位。結(jié)合現(xiàn)實(shí)社會的需求，在多方面的考慮之下，我們設(shè)計(jì)出了綠色發(fā)電環(huán)保鞋。目前有資料披露：有一種利用人們行走運(yùn)動，踩踏齒條上下運(yùn)動，齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)并聯(lián)動電機(jī)發(fā)電的壓力發(fā)電鞋。但因其機(jī)械傳動所產(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，人的腳和鞋底之間會產(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，人腳就會擠壓發(fā)電裝置，帶動裝置中的永磁體產(chǎn)生上下移動，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

5、模塊、可充電電池、發(fā)光裝置以及USB充電接口，實(shí)現(xiàn)了對所產(chǎn)電能的充分利用，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)放置兩個永磁體。當(dāng)人的腳跟上下移動時，通過壓力傳導(dǎo)裝置使上側(cè)永磁體也隨著上下運(yùn)動，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地面給予的反作用力，讓人感到更加舒適。該方式制作簡單，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

6、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升壓電路該倍壓電路由簡單器件二極管、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，電路中的四只二極管都是作為開關(guān)運(yùn)用。當(dāng)正半周時，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，二極管D2、D4導(dǎo)通（D1、

7、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)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的電流與電壓波形見圖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 信號發(fā)射電路有編碼芯片PT2262-IR以及簡單外圍電路組成。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

8、為3-15V,信號發(fā)射距離可達(dá)50米。信號發(fā)射電路圖如圖5所示圖5 信號發(fā)射電路圖 2.1.5 信號接收電路 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，因此在信號接收端1/4波長天線的選頻作用，控制距離較近時可以剪短甚至去掉天線。 圖6 信號接收電路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

9、件下，為操作簡單以及提高性價比，本裝置選用STC89C51控制系統(tǒng)。外圍電路與信號接收電路、液晶顯示電路連接?？蓪?shí)時顯示搜尋結(jié)果，并且當(dāng)搜尋目標(biāo)出現(xiàn)后系統(tǒng)會發(fā)出聲音信號及燈光報警。其方便、快捷、高效的特點(diǎn)，尤其在搶險救災(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)保鞋沒有機(jī)械傳動，其發(fā)電裝置無機(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,

10、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升壓電路的升壓之后，還要通過穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓。當(dāng)電壓通過擁有三端穩(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)射與信號接收部分計(jì)算 信號發(fā)射與接收裝置，通過調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)不同距離的信號傳輸。經(jīng)過實(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，作用于地面的擠壓力和反作用力會對鞋底產(chǎn)生上下起伏的位移，利用這種上下起伏的位移，帶動永磁鐵上下移動，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、開關(guān)、

11、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發(fā)射裝置，當(dāng)人們遇到地震、洪澇等災(zāi)害時，便可即時發(fā)出求救信號，以便搜救人員進(jìn)行搜救。只要人們在行走，便有電能產(chǎn)生。若每天步行5公里，則在這一周左右的時間里，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，對于極性溶劑聚氨酯幾乎沒有任何作用，甚至在高溫條件下，聚氨酯在非極性溶劑中的溶脹也很小

12、），而且質(zhì)量輕，對于鞋的輕量化設(shè)計(jì)很有意義。6創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用1本發(fā)明挖掘出了人類社會生產(chǎn)、生活領(lǐng)域中尚未加以利用的綠色能源，在節(jié)約能源的同時實(shí)現(xiàn)低排放，符合當(dāng)今社會對綠色、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，力求開辟綠色發(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、普通的元器件，力求提高其性價比。發(fā)電機(jī)采用手工制作，結(jié)構(gòu)簡單，操作性強(qiáng)，效率較高。5在應(yīng)用上，本設(shè)計(jì)可廣泛用于人們在戶外活動時的夜間照明和對小功率用電器的實(shí)時充電，也可以供給地震災(zāi)區(qū)野戰(zhàn)軍和人們在晚間使用。6. 在發(fā)生險情時，人們可以利用鞋子里的信號發(fā)射裝置進(jìn)行求救。參考