太阳能智能降温可充电太阳伞设计

1、    太阳能智能降温可充电太阳伞设计    田鑫【摘 要】太阳伞是人们夏天旅行必备的物品，然而即使在太阳伞的保护下还是酷热难耐。为了解决这个问题，笔者设计了一种太阳能智能降温太阳伞。该伞从太阳伞顶部的太阳能电池上取电，通过超声波换能片将水雾化，然后过风扇将水雾通送出，使其快速蒸发吸热达到降温的目的。富余的太阳能还可以伞体上的锂电池充电，以备阳光不好时使用，并且还可以通过外接usb接口为手机充电。使用者还可以根据自身的情况，设置该伞自动降温的温度上限；不但如此该伞还留有物联网接口，为以后功能升级和物联提供支持。【关键词】水雾化；太阳能；降温太阳伞；太阳能

2、充电；智能降温0 引言在炎热的夏天，户外的烈日和酷热很大程度上阻碍了人们外出，于是就有人发明了太阳伞。然而传统的太阳伞有很大的缺陷，在烈日下传统的太阳伞只能遮阳而不能消暑，并且价格昂贵。通过对传统太阳伞的不足进行分析和改进，笔者设计出了一款节能环保的智能降温太阳伞，使智能降温太阳伞不但兼备了传统太阳伞的功能，而且还可以智能降温和实现物联功能。1 结构设计和原理方法1.1 结构设计伞体设计本着方便实用的设计原则，使伞的整体结构与传统太阳伞的结构并无太大的差异。从顶至下，伞顶周围是缝合在上面的柔性太阳能薄膜电池；在伞的主骨上面是卡扣的3个柔性扇叶小风扇，在风扇的侧上方3个是超声波雾化换能片和3个个

3、方便拆卸的储水盒；在伞的上弹片处设置有一个安全开关，用于保障使用者和太阳扇的安全；在伞的中棒上嵌入温湿度传感器，实时监控伞下温湿度，以便实现智能降温控制；在伞柄上设定有风速控制按键，喷雾量控制按键两个按键和一个电源开关；在伞柄底部有一个用于充电的micro usb接口和一个标准5v电源输出的usb接口。1.2 工作原理在使用时，打开伞柄上的电源开关，然后滑动下巢撑开伞，在下巢触动上弹片上的安全开关后，系统自动启动风扇系统和喷雾系统。在阳光的照射下，太阳能薄膜电池将光能转换为电能，通过开关电源升压输出标准的5v直流电源为控制系统和为锂电池充电。当需要为外部供电时，插上usb公头后，系统会自动将锂

4、电池的电能转化为usb输出，为外部设备供电。伞柄底部的micro usb接口为电池充电。使用者可以根据自身的情况，通过伞柄上的风速设置安钮和喷雾量安钮去设置风速和雾量。在系统工作的时候系统会实时的去采集伞下的温度和湿度，并通过蓝牙4.0将数据传送至手机，使用户能直观的了解当前环境参数。结合回传给手机的参数，用户也可以通过手机控制伞的工作状态（图1）。2 硬件设计及实现2.1 降温系统设计2.1.1 电路设计降温系统采用的是电风扇和雾化降温。其中主要涉及两个部分，电机驱动和超声波换能片的驱动。电机的驱动控制采用的是用单片机通过pwm方式去驱动一个n型mos管从而控制电机的转动和转速。超声波换能片

5、的驱动采用的是逆变的方式，首先是单片机输出特定频率113khz的方波去控制mos管，使其在变压器的输入端产生一个频113khz，幅度为5v的高频交流电，经变压器升压波形整形后输出一个113khz的正弦信号去驱动超声波换能片（图2、图3）。2.1.2 材料选取电机的选取。风扇驱动电机，我们选取的是130小马达，其主要特点有，体积小、重量轻、价格便宜、易于安装；其工作参数为，工作电压1-6v，在3v空载的条件下转速为17000-18000转/分钟。相比于同等大小的空心杯电机来说成本更低，易于安装便于维修。其缺点在于，噪音大在重负荷下发热量相对较大。因其低廉的价格和易安装性我们选择了130小马达。超

6、声波换能片我们选取的是微孔超声波雾化片，选取的原因在于其拥有功功耗低，表贴式不用将换能片浸没在水中，喷雾量为每小时50-80ml水和水雾直接喷射等特点。2.2 太阳能充电系统设计太阳能充电系统由量大部分组成，第一是太阳能电池，第二是充电电路。太阳能电池的设计，采用的是多片太阳能能电池片串并联的方法组合而成的，这样组合的好处在于能提供较大的工作电流以满足系统的正常工作。在结构组成上是由5片太阳能薄膜电池片并联，然后六组串联组合而成。最终合成的太阳能电池的参数是，工作电压在3.6v，工作电流在理想光照条件下能达到1.2a。组合图（图4）。太阳能充电电路设计，太阳能充电电路采用的外接充电和太阳能充电

7、两种结合在一起的方式。外接充电是通过外接电源为伞上面的锂电池充电，太阳能充电则是太阳能电池经过升压变换后为锂电池充电。外接充电采用的usb充电方式，在pcb板上留有标准的microusb充电接口。外部5v直流电源输入经过tp4056锂电电池充电管理芯片后输出标准的4.2v电压，然后经过由8205a和dw01组成的锂电池过放过充保护电路为锂电池充电。其电路设计图（图5）。太阳能充电电路设计，由于太阳能电池输出的电压为3.6v，不能达到锂电池的充电标准。因此在充点电路之前需将其通过开关电源进行升压变换输出5v电源，变换之后再送入锂电池充电电路，为锂电池充电。其中升压模型采用的是常用的boost升压

8、模型。在具体的电路设计中升压芯片采用的是fp6291，其体积小工作电压宽为2-16v，内置mos管，低导通电阻，最大输出电流为2a。其设计电路图（图6）。2.3 对外供电系统设计对外供电主要是才用的usb对外供电。其原理是将存储在锂电池中的电能同过升压变换电路变换输出5v标准电源，为外部电子设备提供充电服务。其电路设计由前面所提到的锂电保护电路和升压电路组成。2.4 控制系统设计系统控制是采用的是stm32f103c8t6作为主控芯片。stm32f103c8t6芯片带有丰富的外接扩展功能。其中包含4个独立定时器，3路串口，10路adc通道，两路i2c和两路路spi通信接口，多达10几路pwm输

9、出等。2.5 太阳能电池和锂电池的选择太阳能电池片的选择，太阳能电池片的选择可以选用柔性的有机太阳能薄膜电池片、单晶硅太阳能电池片、多晶硅太阳能电池片。柔性太阳能电池具有可卷曲性且弱光性能很好，理想光照情况下带载能力良好，转换但是价格非常的昂贵。单晶硅和多晶硅的弱光性能较差，理想光照情况下带载能力强，价格较柔性太阳能电池薄膜便宜很多，而且在良好的光照情况下转换效率较柔性太阳能电池片高，但是其有一个缺点就是很脆弱容易弄碎，不过在组装合适的情况下也能达到较高的强度。从经济实用的角度去考虑，我们选择的是单晶硅的太阳能电池片，其参数如（表1）。锂电池的选择。通过对市面上的锂电池的调查，根据价格、容量和

10、形状分析，我们选择了锂聚合物电池。改的电池没有记忆性，可以随充随用，不爆炸、环保无毒、轻便。表2为锂聚合物电池参数。3 结语智能太阳伞的经过人性化设计，在功能方面实现了自动温度上限降温，太阳能充电存储和对电子产品充电等功能。在外观上由于实验条件合技术的关系，设计的效果跟理想状态下的有一定的差别。充分利用了夏日丰富的太阳能资源，在能源方面做到了环保无污染实现了资源的可持续发展。综上所诉，只要做好了结构外观设计，雾化降温太阳伞在现实生活中定会有广阔的前景和市场潜力。【参考文献】1惠晶.新能源转换与控制技术m.北京：机械工业出版社，2008.02.2冯垛生.太阳能发电原理与应用m.北京：化学工业出版，2008.02.3林虎，杨健.太阳能风扇