雙引擎太陽能玩具車設(shè)計-安徽大學鮮牛奶.ppt
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雙引擎太陽能玩具車設(shè)計,關(guān)鍵詞:雙引擎,太陽能電池板,超大吸光面積,安徽大學11級新能源材料與器件:鮮開誠,目錄,1.設(shè)計背景,,3.太陽能電池板工作原理,,4.玩具汽車運動原理,,6.總結(jié),,2.玩具車外形設(shè)計,5.玩具車內(nèi)部電路分析,,,設(shè)計背景,太陽能汽車的應(yīng)用能夠降低全球環(huán)境污染,創(chuàng)造潔凈的生活環(huán)境,隨著全球經(jīng)濟和科學技術(shù)的飛速發(fā)展,太陽能汽車作為一個產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不是一個神話。燃燒汽油的汽車是城市中一個重要的污染源頭,汽車排放的廢氣包括二氧化硫和氮氧化物都會引致空氣污染,影響我們的健康?,F(xiàn)各國的科學家正致力開發(fā)產(chǎn)生較少污染的電動汽車,希望可以取代燃燒汽油的汽車。由于現(xiàn)在各大城市的主要電力都是來自燃燒化石燃料的,使用電動汽車會增加用電的需求,即間接增加發(fā)電廠釋放的污染物。有鑒于此,一些環(huán)保人士就提倡發(fā)展太陽能汽車,太陽能汽車使用太陽能電池把光能轉(zhuǎn)化成電能,電能會在儲電池中存起備用,用來推動汽車的電動機。由于太陽能車不用燃燒化石燃料,所以不會放出有害物。據(jù)估計,如果由太陽能汽車取代燃汽車輛,每輛汽車的二氧化碳排放量可減少43至54%。,設(shè)計背景,太陽能動力汽車玩具可以說是最好玩的太陽能玩具。特別受男孩的歡迎,而它們的能量全部來自最環(huán)保的能源——太陽能,這可是如今最時髦的話題,卻很少被用到玩具身上。陽光照射太陽能電池板,為小玩具提供源源不斷的動力。這套玩具可以充分發(fā)揮及培養(yǎng)小朋友的想象力、創(chuàng)造力,而且對于年齡較小的孩子來說,其操作性更強也更安全。,目錄,玩具車外形設(shè)計,這是我用3DMAX軟件繪制的我設(shè)計的太陽能汽車外形:,玩具車外形設(shè)計,這是渲染出的車型三視圖:,正視圖,俯視圖,左視圖,目錄,玩具車外形設(shè)計,這種玩具汽車外形設(shè)計有以下幾點優(yōu)勢:1.玩具車頂受光面積可達0.75(1.5*0.5)平方米或更大,有很大的受光面積,持續(xù)提供能量,可保守估計跑至少500米。2.平拉窗打開可將收音機等放入,做到很好地模擬真實汽車。3.可用輕質(zhì)碳鋁材料制作,質(zhì)地輕盈。4.操作簡易安全。,,工作原理,太陽能電池板工作原理,P型與N型半導體,,PN結(jié),,太陽能電池板,,太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導體的光電效應(yīng),一般的半導體主要結(jié)構(gòu)如下:圖中,正電荷表示硅原子,負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。當硅晶體中摻入其他的雜質(zhì),如硼、磷等,當摻入硼時,硅晶體中就會存在著一個空穴,它的形成可以參照左下圖。圖中,正電荷表示硅原子,負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子,因為硼原子周圍只有3個電子,所以就會產(chǎn)生入圖所示的藍色的空穴,這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定,容易吸收電子而中和,形成P(positive)型半導體。同樣,摻入磷原子以后,因為磷原子有五個電子,所以就會有一個電子變得非?;钴S,形成N(negative)型半導體。黃色的為磷原子核,紅色的為多余的電子。如右下圖。,P型與N型半導體,,P型半導體,N型半導體,PN結(jié),N型半導體中含有較多的空穴,而P型半導體中含有較多的電子,這樣,當P型和N型半導體結(jié)合在一起時,就會在接觸面形成電勢差,此之謂PN結(jié)。,,當P型和N型半導體結(jié)合在一起時,在兩種半導體的交界面區(qū)域里會形成一個特殊的薄層),界面的P型一側(cè)帶負電,N型一側(cè)帶正電。這是由于P型半導體多空穴,N型半導體多自由電子,出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴散到P區(qū),P區(qū)的空穴會擴散到N區(qū),一旦擴散就形成了一個由N指向P的“內(nèi)電場”,從而阻止擴散進行。達到平衡后,就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差,這就是PN結(jié)。如下圖:,太陽能電池板,當晶片受光后,PN結(jié)中,N型半導體的空穴往P型區(qū)移動,而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動,從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢差,這就形成了電源。(如下圖所示)另外硅表面非常光亮,會反射掉大量的太陽光,不能被電池利用。為此,科學家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護膜(如圖),將反射損失減小到5%甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限,于是人們又將很多電池(通常是36個)并聯(lián)或串聯(lián)起來使用,形成太陽能光電板。,目錄,玩具汽車運動原理,這是我用3DMAX軟件繪制的我設(shè)計的玩具模型:,玩具汽車運動原理,這是渲染出的車型三視圖:,俯視圖,左視圖,正視圖,玩具汽車運動原理,右下圖所示為玩具模型概念圖,前面左右兩邊的兩個輪子是主動輪,各接一個電機作為動力。后輪是從動輪(由于不重要,以滾珠代替),后輪起到平衡的作用。上方為兩組太陽能電池板,為小車提供動力。車體由一個面包板組成,同時控制電路也焊接在面包下方,一套系統(tǒng)指的是一塊太陽能電池板通過一套控制電路來控制一臺電機單向轉(zhuǎn)動。將兩套系統(tǒng)安裝在一臺車上,那么這臺車的兩個輪子就分別受控于兩塊太陽能電池板,這樣通過改變太陽能電池板在車上的安裝姿態(tài),就可以使兩塊太陽能電池板分別接收到不同強度的光照,這樣兩臺電機的轉(zhuǎn)速就會有所不同,通過這個控制原理,太陽能小車可以在光的驅(qū)動下運動。,玩具汽車運動原理,因為本項目機器人是左右兩組太陽能電池板,分別控制交叉位置左右兩邊的電機以驅(qū)動小車前進。選擇交叉位置控制,可以確保機器人基本上是沿著光源的方向近乎直線的前進:左邊受光則把右邊身體運動,然后變成右邊受光,再把左邊身體擺過來,如此前進。,通過控制前面兩個輪子的轉(zhuǎn)動方向就可以控制整個機器人行進的方向:I.左右兩個前輪都向前轉(zhuǎn),則機器人向“正前方”直線前進;II.左右兩個前輪都向后轉(zhuǎn),則機器人向“正后方”直線倒退;III.左前輪向后轉(zhuǎn),右前輪向前轉(zhuǎn),則機器人將以后輪為軸心逆時針轉(zhuǎn)動,即實現(xiàn)向右后方轉(zhuǎn)彎倒退;IV.左前輪向前轉(zhuǎn),右前輪向后轉(zhuǎn),則機器人將以后輪為軸心順時針轉(zhuǎn)動,即實現(xiàn)向左后方轉(zhuǎn)彎倒退。,目錄,玩具車內(nèi)部電路分析,本作品的最核心技術(shù)在于控制電路的設(shè)計,經(jīng)調(diào)試,下面這套電路比較符合要求:,玩具車內(nèi)部電路分析,太陽能電池對電容充電,當充電量達到由LED二極管設(shè)置的充電上限后,則電路開始瞬間放電提供給電機轉(zhuǎn)動;雖然電機轉(zhuǎn)動消耗電能使電壓下降至低于LED二極管的下限,但是由于電路存在一個導通循環(huán)的機制,仍然會繼續(xù)放電讓電機轉(zhuǎn)動,能夠盡可能的把電容中存儲的電能都消耗掉,當消耗完電容中的電能后,重新由太陽能電池對其進行充電,如此循環(huán)往復(fù),玩具車得以持續(xù)運動。,目錄,總結(jié),圍繞著兒童科普方向的競賽主題,本作品有著好的可操作性和安全性,十分有趣。但仍然有許多美中不足的地方,有以下可能的解決方法:1.該玩具在自然太陽光可能不能正常運動,因為可能當時太陽光亮度較弱且明暗不穩(wěn),建議在陽光明亮的地方運行,可以用一百瓦白熾燈代替太陽光。2.建議使用前先置于陽光下一段時間充滿電再使用。3.若電機轉(zhuǎn)一下就不轉(zhuǎn)了,可能是電機電阻過大,可以在電機兩端并聯(lián)一個幾十歐姆的電阻以減小電阻?;蛘咭灿锌赡苁翘柲茈姵匕咫妷焊?,而電機功率小而消耗的電流也小,電機放電的速度趕不上太陽能充電的速度,導致三級管一旦導通后就無法截止。解決的辦法可以嘗試在NPN三級管基極與PNP三極管集電極之間連接一個1k左右的電阻,使三級管導通的條件提高。,目錄,,感謝對本作品的支持!,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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