太阳能遥控水面漂浮物清理船说明书_图文

1、太阳能遥控水面漂浮物清理船设计者：伍振宇、周俊波、侯得志、王春龙、肖梦、董佳、徐芳 指导老师：周为民、王玉林南华大学机械工程学院，衡阳市，邮编：421001关键词：太阳能、遥控、漂浮物、清理作品内容简介太阳能遥控水面漂浮物清理船是针对理船主要针对各种湖泊河道,尤其是狭窄河道、滩涂及景区内的湖泊、池塘的固体垃圾、浮萍等清理，以及在危险区域进行远程作业，提高安全性和高效性。通过方案设计、分析、测试设计而成 ，由太阳能电池系统、动力系统、遥控系统、传感系统、 作业系统和船体组成。执行作业系统中的传送带通过动力系统转动，利用传送带进行垃圾的回收清理。动力系统中的动力电机通过导线及遥控接收装置与太阳能电

2、池系统中的蓄电池连接，遥控接收装置的输入端通过导线与传感系统，太阳能发电系统中的蓄电池连接，人员在岸边进行遥控操作。联系人：伍振宇联系电话：E-mail：1研制背景及意义据调查分析和平时的观察可知中国现在大多数的河流湖泊，特别是各种景区的湖泊都受到垃圾的污染，不仅影响美观，时间长久的话还产生各样污染物，会对水体产生污染，从而影响水质。另外，垃圾不清理还导致航道的阻塞。而且如今国内大多数的垃圾处理是靠人在船上用渔网等工具打捞，不仅需要大量的人力物力，而且效率低，在一些危险区域人员的人身安全得不到保障。而市场上的垃圾打捞船价格昂贵，价格几万到几十万不等，难于得到普遍推广。而且现有的垃圾清理船体积庞

3、大，不灵活而且对于狭窄的河道、滩涂或者是公园景区的小型湖面没办法进行作业。再次，现有的船都是靠柴油机或者汽油机作为动力，在作业的时候不仅产生大量的废气还有漏油，对气体和水体都有污染，并不符合国家现在提出节能减排的政策。所以新型高效节能的垃圾清理船急迫的需要。太阳能遥控水面漂浮物清理船是针对理船主要针对各种湖泊河道,尤其是狭窄河道、滩涂及景区内的湖泊、池塘的固体垃圾、浮萍等清理，以及危险区域进行远程作业，提高安全性和高效性。2设计方案通过方案设计、分析、测试设计而成 ，由太阳能发电系统、动力系统、遥控系统、传感系统、作业系统和船体组成。2.1电器控制太阳能电池系统、动力系统、遥控系统和传感系统都

4、包含有电器控制部分。太阳能电池系统：太阳能电池板如图：太阳能电池板位于侧边的两个船体表面，可以节约空间。利用电池板进行发电，电存储在蓄电池中，从而进行利用。为了防止太阳能电池的寿命，增强其防腐、防雨、防污等能力，采用玻璃合金密封，在表面增加玻璃板，而背面增加合金薄片。图1太阳能电池板动力系统：动力系统包括蓄电池，导线，电动机，齿轮、螺旋桨等。蓄电池可以充电，也可以利用太阳能电池板转化成电能存储，蓄电池提供电能，让电动机转动，推力是采用双螺旋桨推动，独立电机，分别位于两个船体的后部，这样控制就灵活，而且也有足够的动力。图2动力传动图图3双螺旋桨驱动遥控系统和传感系统：这部分主要利用单片机设计进行

5、控制。控制功能主要有1、独立控制2个螺旋桨的速度以达到控制方向（左右前后），和速度。2、感应传感，探测障碍物，可以自己智能改变方向和速度，避免碰撞，可以实现无人操作自动作业。3、控制传送带作业。2.2机械部分船体部分：该作品采用2个船体结构，同时也可以放置太阳能电池板，安装螺旋桨、动力系统、遥控系统、传感系统。作业系统、和回收垃圾装置主要位于中间的船体。这样的设计不仅外观漂亮，而且结构合理，有利于船的平衡。作业系统：主要是由传送带、支撑架、齿轮、电机、抓盘组合成。利用传送带和抓盘的结构，电机转动之后抓盘可以把垃圾从水面打捞到船上的回收舱中图4抓盘 图5垃圾箱3理论设计计算1、物理计算：1、单个

6、船体积估计：700mm×25mm×25mm2、空船的质量估计：船骨架2kg,支柱骨架2kg，传送带及抓盘1kg, 机电设备2kg，平衡铁块（用于调节作用根据实际情况质量待定）。3、船阻力的估计：船的阻力分为兴波阻力，粘压阻力，摩擦阻力，附体阻力，风阻力。各种成分在不同航速的船中不同对于低速船来说摩擦阻力占总阻力的70%-80%，粘压阻力大于10%，风阻力和附体阻力成分很小。在船舶的阻力计算中两个参数对阻力的考察很重要，一个是雷诺数Re，另一个是傅汝德数Fn，其中Re=Lv/v（v表示船航行的速度，我们设计的最高船速为5m/s，v表示运动粘性系数在水温15，v为1.13902

7、E6代入公式得Re=3.0973E-6。Fn=v/，代入公式得Fn=0.431。根据1935年在巴黎召开的国际船模试验会议上，正式宣布采用下列公式计算船体的阻力Rf=f Sv1.825/101.94,其中为水的密度， S为船的湿面积，f 为阻力系数 ，f 其值为 0.1392+1+0.0043(15-t,L为船长，t为水温。初步计算总阻力值23.425N。4、螺旋桨与电机扭矩的选择：螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目实度、桨叶角成正比 ，又我们同时要求螺旋桨的转矩与主机通过轴系（在额定的转速下）发出的转矩相平衡 ，通过上诉船体的阻力估计,我们选择电机的轴半径为8mm,螺旋桨的半径为80mm,

8、电机的扭矩为1N*m。二、电学计算：1、太阳能电池的发电量:M=Pm×h×u，一天按太阳照射10小时计算，那么该产品一块太阳能电池发电量M=15×10×0.7=105wh，完全可以为12v，1.3Ah蓄电池充电。12V6w的电机工作需要的电流是0.5A 。12V 1.3AH的蓄电池充满电后，按10小时的放电量计算，正常电流为1.3A，减去效率问题，12v6w的电机可以工作1518小时，所以太阳能电池为蓄电池充一次电就可以工作1.5个小时左右。2、电路原理：发射原理：当遥控发射机发出的无线电波时,TaTd操纵杆用脉冲信号及Ts矩形波(共5个信号组成一个周波

9、，在1秒时间内大约自动重复出现30个周波，比例脉冲的宽度一般为1.5ms±0.5ms。 TaTd分别与和操纵杆连接的可变电位器相对应，当操纵杆运动时,TaTd的信号随之改变其时间宽度，促使与接收机连接的电机边做出相应成比例的动作。Ts信号不是用于操纵杆的，它是一个固定的时间脉冲，它有较长的时间宽度，其作用是当接收机由于杂音信号干扰而引起信号排列紊乱时，它能自动整形使接收机能够识别。在脉冲信号之间的To是没有无线电信号的间隔期，也就是我们所说的脉冲宽度，它能使接收机可靠地区别多个连续的脉冲信号，经过内部电路的调制、编码，再通过高频信号放大电路由天线将电磁波发射出去 。接收原理：它是由选

10、频电路、放大电路、译码电路等部分组成。从接收放大电路出来的脉冲信号，通过译码电路后就能分别独立地取出由发射机发出的操纵杆动作信号TaTd，并分配到不同的译码地址输出口。电机是把从接收机传来的信号转换为机械的动作的一种机电一体的装置，主要作用是把接收机收到的电信号转换成相应的机械动作，借此完成方向和速度的控制。超声波传感原理：超声波传感器是利用压电效应1的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。超声波测距的原理采用渡越时间法。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物

11、之间的距离。硬件电路设计我们设计的超声波测距系统由polaroid600 系列传感器、polaroid6500 系列超声波距离模块和at89c51 单片机构成。图6接收及控制电路图7操控发射电路4工作原理及性能分析我们利用太阳能转换技术，将其转换成电能，由此来驱动整个设备的工作。执行作业系统中的传送带通过动力系统转动，利用传送带进和抓盘行垃圾的回收清理。动力系统中的动力电机通过导线及遥控接收装置与太阳能电池系统、蓄电池连接，遥控接收装置的输入端通过导线与传感系统，人员在岸边进行遥控操作。通过理论计算和模拟实验，整个工作流程能够完全由太阳能电池板提供电能进行作业，遥控度好，垃圾回收率高。5创新点

12、及应用创新点：1、远程遥控控制，单片机智能控制，具有传感效应，避免与物体碰撞， 半自动化强。2、实现零半径转向，无周期传送带回收，效率高。3、结构简单，易于维修,成本较低，易于推广。4、利用蓄电池和太阳能辅助发电提供电能，环保，高效益。此外,它可,有效清除狭窄水面的垃圾,还可通过遥控作业，到危险区 域进行作业，人员的人身安全得到保障。图8整体效果图图9背面整体图参考文献1田力文主编，太阳能光伏照明手册。化学工业出版社，2011：1-57 2赵连恩主编，高性能船舶水动力原理与设计哈尔滨工程大学出版社，20013张孝林、陈世达、舒郁文等以译，红外技术应用光电、光子器件及传感器，化学工业出版社，20044赵桂钦、卜艳萍译，电子电路分析与设计，电子工业出版社，