CN105591451B - 一种智能服装电源及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能服装电源及其工作方法。该电源包括储电装置和发电装置，发电装置包括至少一个发电机构，发电机构包括设置在服装衣袖上的壳体，壳体内固定设有主轴和具有电枢绕组的定子铁芯，壳体上设有连接电枢绕组的整流滤波电路，主轴上设有可自由转动的磁铁，储电装置包括中央处理单元、单刀双掷开关、指示灯、充电电池、充电电路、电子开关、充电接口、电池电压检测模块以及用于检测发电装置输出电压的输出电压检测模块，发电装置内的发电机构串联输出。本发明能够利用人的手臂运动进行发电，给充电电池供电，延长了充电电池的供电时间。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种智能服装电源及其工作方法。
背景技术
随着科技的发展，越来越多的智能服装出现在人们的生活中，目前的智能服装一般采用充电电池供电，充电电池通过外接电源进行充电，在人们穿着智能服装时不能进行充电，智能服装上的电源也不能自发电，导致智能服装上的充电电池消耗较快。
发明内容
本发明的目的是克服现有智能服装上的电源不能自发电的技术问题，提供了一种智能服装电源及其工作方法，其能够利用人的手臂运动进行发电，给充电电池供电，延长了充电电池的供电时间。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种智能服装电源，包括储电装置和发电装置，所述发电装置包括至少一个发电机构，所述发电机构包括设置在服装衣袖上的壳体，所述壳体内固定设有主轴和具有电枢绕组的定子铁芯，所述壳体上设有连接电枢绕组的整流滤波电路，所述主轴上设有可自由转动的磁铁，所述储电装置包括中央处理单元、单刀双掷开关、指示灯、充电电池、充电电路、电子开关、充电接口、电池电压检测模块以及用于检测发电装置输出电压的输出电压检测模块，所述发电装置内的发电机构串联输出，所述发电装置的输出端与电子开关的输入端电连接，所述电子开关的输出端与单刀双掷开关的第一静触点电连接，所述单刀双掷开关的第二静触点与充电接口电连接，所述单刀双掷开关的动触点与充电电路的输入端电连接，所述充电电路的输出端与充电电池电连接，所述中央处理单元分别与指示灯、充电电池、电子开关的控制端、电池电压检测模块和输出电压检测模块电连接。
在本技术方案中，穿上智能服装的人手臂运动时，发电机构内的磁铁会绕着主轴转动，磁铁与定子铁芯的相对位置发生变化，电枢绕组感应磁场变化产生感应电动势输出到整流滤波电路，整流滤波电路将电枢绕组产生的感应电动势整流滤波为直流电动势输出。发电装置内的发电机构串联输出到电子开关的输入端。
中央处理单元通过输出电压检测模块对发电装置输出的电压进行采样，采样周期为T，中央处理单元计算最新一个采样周期T内发电装置输出电压的平均值Uinavg，如果平均值Uinavg＞上限值Vmax，则中央处理单元输出占空比为D的PWM波到电子开关（电子开关在控制端输入高电平时导通，在控制端输入低电平时断开），使得输入到充电电路的电压值Uinavg*D≤Vmax，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路给充电电池充电；如果下限值Vmin≤平均值Uinavg≤上限值Vmax，则中央处理单元控制电子开关始终导通，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路给充电电池充电；如果平均值Uinavg＜下限值Vmin，则中央处理单元控制电子开关始终断开，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路不给充电电池充电。中央处理单元通过对电子开关的控制，使得输入到充电电路的电压稳定在下限值Vmin和上限值Vmax之间，保护充电电路，如果充电电路的输入电压大于上限值Vmax，充电电路容易损坏，如果充电电路的输入电压低于下限值Vmin，充电电路无输出。
中央处理单元通过电池电压检测模块检测充电电池的电压，当充电电池电压大于设定值V1时，中央处理单元控制电子开关断开，停止充电，指示灯发出绿光；当充电电池电压低于设定值V2时，中央处理单元控制指示灯发出红光，用户需操作单刀双掷开关将充电接口和充电电路连通，将外接电源与充电接口连通，通过外接电源给充电电池充电。
本方案利用人走路、工作、运动等活动时手臂的摆动动作，使发电机构的磁铁转动，电枢绕组发出电能，通过电路处理，形成一个稳恒的电源，给智能服装的相关电子器件，如微型传感器、小功率LED等供电。
作为优选，所述整流滤波电路包括整流桥U2和电容C1，所述电枢绕组的两个输出端分别与整流桥U2的两个输入端电连接，所述整流桥U2的输出端正极与电容C1一端电连接，所述整流桥U2的输出端负极与电容C1另一端都接地。
作为优选，所述电子开关包括光电耦合器U4、电阻R6、电阻R7和三极管Q1，光电耦合器U4的发射部输入端通过电阻R7与充电电池的正极电连接，光电耦合器U4的发射部输出端与三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的基极与中央处理单元电连接，三极管Q1的发射极接地，光电耦合器U4的接收部输入端与发电装置的输出端电连接，光电耦合器U4的接收部输出端与单刀双掷开关的第一静触点电连接。
作为优选，所述磁铁一端的侧面设置有配重块。人的手臂在动作时，如人走路时手臂摆动，衣袖上的发电机构随着手臂的动作变换位置，磁铁一端设置配重块，使得磁铁随着人手臂动作变换位置后，由于磁铁带配重块一端比另一端重，磁铁带配重块一端会受重力作用运动，最终回到最低位置，从而使磁铁与定子铁芯的相对位置变化较大，电枢绕组感应磁场变化产生的电能更多。
作为优选，所述配重块由非导磁性材料制成。配重块不会影响磁铁的磁场分布。
本发明的一种智能服装电源的工作方法，包括以下步骤：中央处理单元通过输出电压检测模块对发电装置输出的电压进行采样，采样周期为T，中央处理单元计算最新一个采样周期T内发电装置输出电压的平均值Uinavg，如果平均值Uinavg大于设定的上限值Vmax，则中央处理单元输出占空比为D的PWM波到电子开关，使得输入到充电电路的电压值Uinavg*D≤Vmax，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路给充电电池充电；如果平均值Uinavg大于等于设定的下限值Vmin且平均值Uinavg小于等于上限值Vmax，则中央处理单元控制电子开关始终导通，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路给充电电池充电；如果平均值Uinavg小于下限值Vmin，则中央处理单元控制电子开关始终断开，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路不给充电电池充电。
作为优选，中央处理单元通过电池电压检测模块检测充电电池的电压，当充电电池电压大于设定值V1时，中央处理单元控制电子开关断开，停止充电，指示灯发出绿光；当充电电池电压低于设定值V2时，中央处理单元控制指示灯发出红光，提醒用户操作单刀双掷开关将充电接口和充电电路连通，通过外接电源给充电电池充电。
本发明的实质性效果是：能够利用人的手臂运动进行发电，给充电电池供电，延长了充电电池的供电时间。
附图说明
图1是本发明的一种电路原理连接框图；
图2是发电机构的一种结构示意图；
图3是整流滤波电路的一种电路原理图；
图4是电子开关的一种电路原理图。
图中：1、发电装置，2、发电机构，3、主轴，4、电枢绕组，5、定子铁芯，6、磁铁，7、中央处理单元，8、单刀双掷开关，9、指示灯，10、充电电池，11、充电电路，12、电子开关，13、充电接口，14、电池电压检测模块，15、输出电压检测模块，16、配重块。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：本实施例的一种智能服装电源，如图1、图2所示，包括储电装置和发电装置1，发电装置1包括若干个发电机构2，发电机构2包括设置在服装衣袖上的壳体，壳体内固定设有主轴3和具有电枢绕组4的定子铁芯5，壳体上设有连接电枢绕组4的整流滤波电路，主轴3上设有可自由转动的磁铁6，磁铁6一端的两个侧面对称设置有配重块16，配重块16由非导磁性材料制成，储电装置包括中央处理单元7、单刀双掷开关8、指示灯9、充电电池10、充电电路11、电子开关12、充电接口13、电池电压检测模块14以及用于检测发电装置1输出电压的输出电压检测模块15，发电装置1内的发电机构2串联输出，发电装置1的输出端与电子开关12的输入端电连接，电子开关12的输出端与单刀双掷开关8的第一静触点电连接，单刀双掷开关8的第二静触点与充电接口13电连接，单刀双掷开关8的动触点与充电电路11的输入端电连接，充电电路11的输出端与充电电池10电连接，中央处理单元7分别与指示灯9、充电电池10、电子开关12的控制端、电池电压检测模块14和输出电压检测模块15电连接。
磁铁一端设置有配重块，人的手臂在动作时，如人走路时手臂摆动，衣袖上的发电机构随着手臂的动作变换位置，磁铁一端设置配重块，使得磁铁随着人手臂动作变换位置后，由于磁铁带配重块一端比另一端重，磁铁带配重块一端会受重力作用运动，最终回到最低位置，从而使磁铁与定子铁芯的相对位置变化较大，电枢绕组感应磁场变化产生的电能更多。配重块由非导磁性材料制成，使得配重块不会影响磁铁的磁场分布。
穿上智能服装的人手臂运动时，发电机构内的磁铁绕着主轴转动，磁铁与定子铁芯的相对位置发生变化，电枢绕组感应磁场变化产生感应电动势输出到整流滤波电路，整流滤波电路将电枢绕组产生的感应电动势整流滤波为直流电动势输出。发电装置内的发电机构串联输出到电子开关的输入端。
中央处理单元通过输出电压检测模块对发电装置输出的电压进行采样，采样频率为F，采样周期为T=1/F，F=20MHZ-200MHZ，中央处理单元计算最新一个采样周期T内发电装置输出电压的平均值Uinavg，如果平均值Uinavg＞上限值Vmax，则中央处理单元输出占空比为D的PWM波到电子开关（电子开关在控制端输入高电平时导通，在控制端输入低电平时断开），使得输入到充电电路的电压值Uinavg*D≤Vmax，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路给充电电池充电；如果下限值Vmin≤平均值Uinavg≤上限值Vmax，则中央处理单元控制电子开关始终导通，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路给充电电池充电；如果平均值Uinavg＜下限值Vmin，则中央处理单元控制电子开关始终断开，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路不给充电电池充电。中央处理单元通过对电子开关的控制，使得输入到充电电路的电压稳定在下限值Vmin和上限值Vmax之间，保护充电电路，如果充电电路的输入电压大于上限值Vmax，充电电路容易损坏，如果充电电路的输入电压低于下限值Vmin，充电电路无输出。
中央处理单元通过电池电压检测模块检测充电电池的电压，当充电电池电压大于设定值V1时，中央处理单元控制电子开关断开，停止充电，指示灯发出绿光；当充电电池电压低于设定值V2时，中央处理单元控制指示灯发出红光，用户需操作单刀双掷开关将充电接口和充电电路连通，将外接电源与充电接口连通，通过外接电源给充电电池充电。
本发明利用人走路、工作、运动等活动时手臂的摆动动作，使发电机构的磁铁转动，电枢绕组发出电能，通过电路处理，形成一个稳恒的电源，给智能服装的相关电子器件，如微型传感器、小功率LED等供电。
如图3所示，整流滤波电路包括整流桥U2和电容C1，电枢绕组的两个输出端分别与整流桥U2的两个输入端电连接，整流桥U2的输出端正极与电容C1一端电连接，所述整流桥U2的输出端负极与电容C1另一端都接地。
如图4所示，电子开关12包括光电耦合器U4、电阻R6、电阻R7和三极管Q1，光电耦合器U4的发射部输入端通过电阻R7与充电电池10的正极电连接，光电耦合器U4的发射部输出端与三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的基极与中央处理单元7电连接，三极管Q1的发射极接地，光电耦合器U4的接收部输入端与发电装置1的输出端电连接，光电耦合器U4的接收部输出端与单刀双掷开关8的第一静触点电连接。
本实施例的一种智能服装电源的工作方法，适用于上述的一种智能服装电源，包括以下步骤：中央处理单元通过输出电压检测模块对发电装置输出的电压进行采样，采样周期为T，中央处理单元计算最新一个采样周期T内发电装置输出电压的平均值Uinavg，如果平均值Uinavg大于设定的上限值Vmax，则中央处理单元输出占空比为D的PWM波到电子开关（电子开关在控制端输入高电平时导通，在控制端输入低电平时断开），使得输入到充电电路的电压值Uinavg*D≤Vmax，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路给充电电池充电；如果平均值Uinavg大于等于设定的下限值Vmin且平均值Uinavg小于等于上限值Vmax，则中央处理单元控制电子开关始终导通，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路给充电电池充电；如果平均值Uinavg小于下限值Vmin，则中央处理单元控制电子开关始终断开，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路不给充电电池充电。
中央处理单元通过电池电压检测模块检测充电电池的电压，当充电电池电压大于设定值V1时，中央处理单元控制电子开关断开，停止充电，指示灯发出绿光；当充电电池电压低于设定值V2时，中央处理单元控制指示灯发出红光，提醒用户操作单刀双掷开关将充电接口和充电电路连通，通过外接电源给充电电池充电。
实施例2：本实施例的一种智能服装电源，发电装置1包括一个发电机构2，该单个发电机构2的输出电压为发电装置1的输出电压，其余结构与实施例1相同。
Claims (2)
1.一种智能服装电源的工作方法，所述智能服装电源包括储电装置和发电装置（1），所述发电装置（1）包括至少一个发电机构（2），所述发电机构（2）包括设置在服装衣袖上的壳体，所述壳体内固定设有主轴（3）和具有电枢绕组（4）的定子铁芯（5），所述壳体上设有连接电枢绕组（4）的整流滤波电路，所述主轴（3）上设有可自由转动的磁铁（6），所述储电装置包括中央处理单元（7）、单刀双掷开关（8）、指示灯（9）、充电电池（10）、充电电路（11）、电子开关（12）、充电接口（13）、电池电压检测模块（14）以及用于检测发电装置输出电压的输出电压检测模块（15），所述发电装置（1）内的发电机构（2）串联输出，所述发电装置（1）的输出端与电子开关（12）的输入端电连接，所述电子开关（12）的输出端与单刀双掷开关（8）的第一静触点电连接，所述单刀双掷开关（8）的第二静触点与充电接口（13）电连接，所述单刀双掷开关（8）的动触点与充电电路（11）的输入端电连接，所述充电电路（11）的输出端与充电电池（10）电连接，所述中央处理单元（7）分别与指示灯（9）、充电电池（10）、电子开关（12）的控制端、电池电压检测模块（14）和输出电压检测模块（15）电连接，
其特征在于，包括以下步骤：中央处理单元通过输出电压检测模块对发电装置输出的电压进行采样，采样周期为T，中央处理单元计算最新一个采样周期T内发电装置输出电压的平均值Uinavg，如果平均值Uinavg大于设定的上限值Vmax，则中央处理单元输出占空比为D的PWM波到电子开关，使得输入到充电电路的电压值Uinavg*D≤Vmax，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路给充电电池充电；如果平均值Uinavg大于等于设定的下限值Vmin且平均值Uinavg小于等于上限值Vmax，则中央处理单元控制电子开关始终导通，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路给充电电池充电；如果平均值Uinavg小于下限值Vmin，则中央处理单元控制电子开关始终断开，当单刀双掷开关连通电子开关和充电电路时，充电电路不给充电电池充电。
2.根据权利要求1所述的一种智能服装电源的工作方法，其特征在于：中央处理单元通过电池电压检测模块检测充电电池的电压，当充电电池电压大于设定值V1时，中央处理单元控制电子开关断开，停止充电，指示灯发出绿光；当充电电池电压低于设定值V2时，中央处理单元控制指示灯发出红光，提醒用户操作单刀双掷开关将充电接口和充电电路连通，通过外接电源给充电电池充电。
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