無源智能自行車燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

肖文君

（湖南勞動(dòng)人事職業(yè)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410100）

1 作品介紹

1.1 創(chuàng)作動(dòng)機(jī)、作品構(gòu)想

21世紀(jì)是個(gè)高速發(fā)展的時(shí)代，然而發(fā)展自然離不開能源的支持，特別是新能源的大力開發(fā)、再生能源的利用。信息快速更新的社會(huì)現(xiàn)狀，對(duì)于電能的需求更是強(qiáng)烈。但是作為二次能源的電能，卻不能直接產(chǎn)生，需要由其他的能源轉(zhuǎn)換而成，然而能源特別是一次能源很多是不可再生的。

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的出行方式變得越來越現(xiàn)代化，越來越多的人采用汽車來代步。汽車出行方式為人類帶來了快捷和方便，但同時(shí)也引起了能源消耗和空氣污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來了不利影響。汽車數(shù)量的迅速增加使道路更加堵塞，導(dǎo)致交通效率低下，使汽車原本應(yīng)帶來的快捷、舒適、高效無法實(shí)現(xiàn)。為節(jié)約能源、提高能效、減少污染、有益健康、兼顧效率，越來越多的人開始選擇綠色出行方式，如乘坐公共交通、騎自行車等。近幾年，隨著共享單車的普及，越來越多的市民選擇騎自行車出行，但晚上騎自行車由于缺少燈光并不便捷。我們創(chuàng)作的動(dòng)機(jī)就是利用其他能源為生活提供便利，讓市民晚上也可以實(shí)現(xiàn)低碳綠色出行。我們?cè)谧孕熊嚨哪_踏板上裝設(shè)了永磁體和磁感線圈，當(dāng)腳踩踏時(shí)，壓力傳遞到永磁體并由它切割磁感線產(chǎn)生一定電壓的電能，再通過調(diào)節(jié)設(shè)備采集腳踏板所產(chǎn)生的電能并將其儲(chǔ)存起來用于車燈的供電。

1.2 創(chuàng)作目的

創(chuàng)作本作品主要是為了充分利用無用的能量，將其變成我們生活所需的能源——電能，在合理利用資源、節(jié)約成本的同時(shí)，也無任何垃圾，不污染環(huán)境。

1.3 功能性、實(shí)用性

本作品通過將踩踏時(shí)產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)換成電能來利用能源，通過單片機(jī)對(duì)產(chǎn)生的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)并穩(wěn)定輸出，給車燈負(fù)載提供持續(xù)而穩(wěn)定的電源。同時(shí)可通過按鈕的方式選擇自行車車燈的亮度模式，而儲(chǔ)存的電量、車燈的狀態(tài)等通過LCD128×64進(jìn)行顯示監(jiān)控。

當(dāng)前，能源問題日益嚴(yán)重，同時(shí)對(duì)于各種能源的需求也隨著社會(huì)的發(fā)展日益增加。電能是一種應(yīng)用普遍且不可或缺的能源，本產(chǎn)品可以在一定程度上產(chǎn)生電能，具有節(jié)約且合理利用其他能源的功效。

2 工作原理

本作品由MCU、電能產(chǎn)生裝置、按鈕模塊、LCD顯示模塊、電源模塊、調(diào)節(jié)模塊、電能儲(chǔ)存模塊、車燈控制模塊和車燈等九大部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本作品主要是通過電能產(chǎn)生裝置產(chǎn)生脈沖，MCU采集電能產(chǎn)生裝置的脈沖通過對(duì)調(diào)節(jié)模塊的控制輸出穩(wěn)定的電壓，并將采集到的電壓進(jìn)行儲(chǔ)存，然后給自行車車燈供電。可通過按鈕的方式選擇自行車車燈的亮度模式，而儲(chǔ)存的電量、車燈的狀態(tài)等通過LCD128×64顯示監(jiān)控。

3 作品功能及特色

3.1 作品功能

本作品通過自行車腳踏板的踩踏產(chǎn)生的壓力使永磁體切割磁感線圈產(chǎn)生電能給自行車車燈供電，能夠有效減少電能的使用，減輕電力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)充分利用其他能源。

優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，有效利用能源，較實(shí)用。

缺點(diǎn)：前期投入成本略高，技術(shù)不成熟，無法保證穩(wěn)定性，電量較小。

3.2 作品特色

合理利用其他能源，減少有效能量的使用。

3.3 作品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，電子信息產(chǎn)品快速更新，電力系統(tǒng)能源供應(yīng)緊缺。本作品的設(shè)計(jì)充分減少了電能的使用，充分利用人們運(yùn)動(dòng)消耗的能量并轉(zhuǎn)換為電能，減輕了能源供需的壓力。同時(shí)，該作品價(jià)格低、成本低，應(yīng)用范圍廣，有較好的社會(huì)效益。

因此，本作品在能源利用領(lǐng)域?qū)?huì)有很好的發(fā)展前景。

4 作品結(jié)構(gòu)

4.1 硬件部分

本作品采用HT32F1765MCU為核心控制器，對(duì)電能產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié)并輸出穩(wěn)定的電壓；通過按鈕的方式選擇自行車車燈的亮度模式，并由LCD128×64顯示自行車車燈當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)及電能的變化。

4.1.1 電能產(chǎn)生模塊

該模塊采用物理中的電磁感應(yīng)原理，通過壓力擠壓永磁體切割與其連接的磁感線圈，產(chǎn)生一定電壓的電能。邏輯產(chǎn)生電壓（U）：4.5～5.5 V；工作溫度（Ta）：0～55℃（常溫）/-20～70℃（寬溫）；保存溫度（Stag）：-30～80℃。

4.1.2 調(diào)節(jié)模塊

首先采集電能產(chǎn)生模塊的脈沖信號(hào)，通過PWM調(diào)制輸出電信號(hào)，然后將輸出的電信號(hào)進(jìn)行電變換，并將變換后的電能輸送到電能儲(chǔ)存模塊給車燈供電。

4.1.3 電能儲(chǔ)存模塊

將電能產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來，為車燈供電。

4.2 軟件部分

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先進(jìn)行初始化，LCD顯示啟動(dòng)；然后檢測(cè)是否有脈沖產(chǎn)生，如果沒有脈沖產(chǎn)生則繼續(xù)檢測(cè)，如果有脈沖產(chǎn)生則將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸出進(jìn)行存儲(chǔ)；然后檢測(cè)按鍵選擇，當(dāng)選擇按鍵一檔時(shí)近光運(yùn)行，當(dāng)選擇按鍵二檔時(shí)則遠(yuǎn)光運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖2所示。

5 結(jié)語

本作品采用壓力勢(shì)能發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其他能源的利用；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了從騎行手?jǐn)y帶電筒到自行車自帶車燈的跨越。該作品操作簡(jiǎn)單、安全可靠、節(jié)能環(huán)保、實(shí)用性強(qiáng)。

圖2 系統(tǒng)流程圖