CN106131269A - 一种基于磁生电的船用无源声力电话机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁生电的船用无源声力电话机，包括电话机本体以及设置在电话机本体上的具有多个按键的按键阵列、手持送受话器、电源接口和通讯接口，每个按键均连接一个发电模块，发电模块与直流稳压模块和控制器相连接，发电模块用于在按键按压时产生感应电压，直流稳压模块用于将感应电压转换为直流电压，为控制器提供供电并通过电源接口为与其连接的声力电话机提供供电。采用本发明的技术方案，按键机械结构和电磁感应原理，每次按键拨号都能产生电能，从而无需内置电池，在外接电源断电时，电话系统仍能保持正常工作，通过储能电容存储后维持通话，且通话时间能达到几分钟。由于采用电磁感应的方式，大大提高了发电效率。

Description

一种基于磁生电的船用无源声力电话机
技术领域
本发明属于船用通讯设备领域，尤其涉及一种基于磁生电的船用无源声力电话机。
背景技术
随着我国对外经济贸易的迅猛发展和海洋资源开发和空间利用规模的不断扩大，对船用设备的需求不断提高。随着信息化技术在航运事业上应用不断拓宽，老一套的传统模式逐渐被自动化、信息化所取代。中国船级社《钢质海船入级规范》要求重要电话系统应保证在船舶各种工况下通话清晰，在失电情况下重要电话系统应仍能工作。因此，船用声力电话通常不接电源，通过声力换能器将声音转为电信号，传到对方声力电话中。现有技术中，船用声力电话通常采用电池供电，随着电池能量的消耗，通话质量逐渐下降；同时，在一些紧急情况，如果电池供电不足，将会导致严重的后果；现有技术也有采用设置摇杆式机械发电装置用于在电池耗尽时为声力电话供电，但是，摇杆式机械发电方式发电量有限，同时使用时非常繁琐，尤其在紧急情况下，繁琐的步骤大大增加使用声力电话进行求救的难度。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种稳定可靠的基于磁生电的船用无源声力电话机。
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供以下技术方案：
一种基于磁生电的船用无源声力电话机，包括电话机本体以及设置在电话机本体上的具有多个按键的按键阵列、手持送受话器、电源接口和通讯接口，其中，所述通讯接口通过通讯线缆级联声力电话机，所述电源接口通过电源线缆级联声力电话机；
每个按键均连接一个发电模块，所述发电模块与直流稳压模块和控制器相连接，所述发电模块用于在按键按压时产生感应电压，所述直流稳压模块用于将所述感应电压转换为直流电压，为控制器提供供电并通过所述电源接口为与其连接的声力电话机提供供电；
所述发电模块设置在电话机本体中，包括形成磁场且极性相反的两块磁铁、设置在磁场中的感应线圈、能够带动所述感应线圈旋转的传动装置、与感应线圈输出端相连接的整流器以及与所述整流器相连接比较器，所述整流器与所述直流稳压模块的输入端相连接，所述直流稳压模块的输出端与所述比较器相连接，所述比较器与所述控制器相连接；
所述传动装置包括设置在按键底端的齿轮A、能够与所述齿轮A相互啮合并传动的齿轮B、与所述齿轮B同轴设置并随着齿轮B的旋转而旋转的齿轮C以及与所述齿轮C相互啮合并能带动所述感应线圈旋转的齿轮D，所述齿轮C比所述齿轮B和所述齿轮D都要大；当按键被按下后，齿轮A向下与齿轮B接触，使得齿轮B旋转，与齿轮B同轴的大齿轮C随着齿轮B的旋转而旋转，大齿轮C的旋转带动齿轮D的旋转，从而使感应线圈旋转切割磁感线并产生感应电动势；所述整流器将感应电动势进行整流滤波并传送给所述直流稳压模块；
所述直流稳压模块包括第一电容C1、第二电容C2、电阻R和电源管理芯片，所述感应电动势经所述整流器整流后输入所述电源管理芯片的输入端，所述第一电容C1和电阻R并接在输入端，所述第二电容C2并接在所述电源管理芯片的输出端并输出直流电压为所述比较器、控制器以及通过所述电源接口为与其连接的声力电话机提供供电；所述第一电容C1为储能电容，所述电阻R用于按键释放时所述第一电容C1所充有的电压，使其电势为零。
优选地，所述电源接口还接入外接电源，所述外接电源用于为所述船用声力电话机提供稳定供电。
优选地，所述外接电源包括储能单元，每次按键拨号时，所述直流稳压模块产生的电能能够存储在所述储能单元中。
优选地，所述控制器采用低功耗模块。
优选地，所述按键中设置有弹簧。
优选地，所示齿轮C的周长与所述齿轮D的周长的比例为5:1。
优选地，所示齿轮C的周长与所述齿轮D的周长的比例为8:1。
优选地，所述整流器采用全波整流器。
优选地，所述第一电容C1采用大容量金电容器。
与现有技术相比较，本发明通过按键机械结构和电磁感应原理，每次按键拨号都能产生电能，从而无需内置电池，在外接电源断电时，电话系统仍能保持正常工作，通过储能电容存储后维持通话，且通话时间能达到几分钟。由于采用电磁感应的方式，大大提高了发电效率，合理设置齿轮C的周长/齿轮D的周长的比例、旋转线圈的匝数和磁场的强度，即可维持通话时间最长达10分钟。
附图说明
图1为本发明一种基于磁生电的船用无源声力电话机的连接框图。
图2为本发明一种基于磁生电的船用无源声力电话机的原理框图。
图3为本发明中船用无源声力电话机中发电模块的原理框图。
图4为本发明中船用无源声力电话机中直流稳压模块的原理框图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
目前国内船舶自动化通讯系统的研究和开发普遍还处在不高的水平，为顺应领域的最新发展趋势，申请人提出一种基于磁生电的船用无源声力电话机，在无任何外部电源供给的情况下，可作为船舶应急通信联络设备使用，具有自供电通话，低功耗，抗噪声，收发显示等特点，同时产品具有直通方式通话、选通方式通话、声光报警、本机线模式设置等功能，市场前景良好。
参见图1和图2，所示为本发明一种基于磁生电的船用无源声力电话机的原理框图，包括电话机本体以及设置在电话机本体上的具有多个按键的按键阵列、手持送受话器、电源接口和通讯接口，其中，通讯接口通过通讯线缆级联声力电话机，电源接口通过电源线缆级联声力电话机；电源接口还接入外接电源，外接电源用于为船用声力电话机提供稳定供电，一般实际应用中，外接电源采用直流24V可充电蓄电池。由于，外接电源能够提供稳定供电，从而保证了船用声力电话的通话质量。
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种结构巧妙的发电模块，通过机械结构和电磁感应原理相结合，从而实现通过按键按压过程产生用于提供遥控装置供电的电能。参见图2，所示本发明中船用无源声力电话机的原理框图，每个按键均连接一个设置在电话机本体中的发电模块，发电模块与直流稳压模块和控制器相连接，发电模块用于在按键按压时产生感应电压，直流稳压模块用于将感应电压转换为直流电压，为控制器提供供电并通过电源接口为与其连接的声力电话机提供供电。在一种优选实施方式中，按键中设置有弹簧，每次按键拨号之后，按键能够快速回复原状。
发电模块设置在电话机本体中，参见图3所示，所示为发电模块的原理框图，包括形成磁场且极性相反的两块磁铁(N极和S极)、设置在磁场中的感应线圈、能够带动感应线圈旋转的传动装置、与感应线圈输出端相连接的整流器以及与整流器相连接比较器，整流器与直流稳压模块的输入端相连接，直流稳压模块的输出端与比较器相连接，比较器与控制器相连接。在一种优选实施方式中，比较器和控制器均采用低功耗模块，从而在按键拨号时，产生少量的电能就足够比较器和控制器的正常工作。
本发明中，在每个发电模块中均设置整流器和比较器主要用于按键识别，在按键拨号时，当整流器产生电压高于比较器预设基准电压时，比较器输出触发电压，这样控制器的相应控制端就能感应到该触发电压，从而识别该按键按压。现有技术中的按键通常作为一个机械开关，其内部结构通常为一个物理导通过程，当按键闭合时，按键的两个触点导通，当按键开路时，按键的两个触点断开，因此，通过控制器不同的控制端分别连接不同按键，检测按键的物理连接状态便可以实现不同按键及其状态的识别。但在本申请的按键结构中，并不存在一个物理导通过程，因此不能用现有技术手段识别不同按键及其状态。为了识别不同按键及其状态，控制器的不同控制端分别与不同发电模块相连接，发电模块的感应线圈输出端连接整流器和比较器，在比较器中设置一基准电压，一旦整流器的输出电压超出基准电压，比较器输出高电平信号，由于比较器和控制器采用相同的电平供电，无需电平匹配。因此，控制器能够直接识别比较器输出的电平信号，从而能够准确实现不同按键及其状态的识别。
进一步的，传动装置包括设置在按键底端的齿轮A、能够与齿轮A相互啮合并传动的齿轮B、与齿轮B同轴设置并随着齿轮B的旋转而旋转的齿轮C以及与齿轮C相互啮合并能带动感应线圈旋转的齿轮D，齿轮C比齿轮B和齿轮D都要大；当按键被按下后，齿轮A向下与齿轮B接触，使得齿轮B旋转，与齿轮B同轴的大齿轮C随着齿轮B的旋转而旋转，大齿轮C的旋转带动齿轮D的旋转，从而使感应线圈旋转切割磁感线并产生感应电动势。
齿轮C比齿轮B、D都要大，齿轮B和齿轮C同轴，齿轮B每秒旋转N圈，齿轮C每秒就旋转N圈，通过下面的公式1可以计算出齿轮D的旋转每秒旋转的圈数，也就是齿轮D的旋转速度。
通过公式1可以看出，只要齿轮A使得齿轮B发生很小的转动速度，齿轮D都会拥有很高的旋转速度。
根据法拉第电磁感应定律，有如下公式2：
公式2中n为线圈匝数，ΔΦ/Δt为磁通量的变化，固定电磁场B，线圈切割速度越快，磁通量变化速度越快，匝数固定，产生的感应电动势E会越大。因此只要增大切割速度、磁场强度B和匝数n就可以产生足够大的感应电动势E，本方案中也就是提高按压按键的速度、增大齿轮C的周长/齿轮D的周长的比例、增加旋转线圈的匝数以及改换磁场的强度。在实测中，当齿轮C的周长/齿轮D的周长的比例为5比1至8比1时，实际发电性能较佳。
采用上述技术方案，本发明提供的无源声力电话机在供电部分摒弃了传统的电池供电方式，使用磁生电原理组成，每次按键拨号时，通过内部机械装置完成线圈切割磁感线的操作，从而产生电能，为声力电话机以及与其相连接的声力电话机提供供电电源。
参见图4，所示为直流稳压模块的原理图，包括第一电容C1、第二电容C2、电阻R和电源管理芯片，感应电动势经整流器整流后输入电源管理芯片的输入端，第一电容C1和电阻R并接在输入端，第二电容C2并接在电源管理芯片的输出端并输出直流电压为比较器、控制器以及通过电源接口为与其连接的声力电话机提供供电；第一电容C1为储能电容，电阻R用于按键释放时第一电容C1所充有的电压，使其电势为零。在通过第一电容C1滤波，可以输出不平滑直流电压，再经过稳压芯片稳压，最终可以得到稳定的电压输出，用于声力发电机的供电需求。电路中电阻R为第一电容C1的放电电阻，一般大于1MΩ，用于泄放电源关闭时电容C所充有的电压，使其电势为零，保护后级电路。为了提高储能效率，在一种优选实施方式中，储能电容采用大容量金电容器。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于磁生电的船用无源声力电话机，其特征在于，包括电话机本体以及设置在电话机本体上的具有多个按键的按键阵列、手持送受话器、电源接口和通讯接口，其中，所述通讯接口通过通讯线缆级联声力电话机，所述电源接口通过电源线缆级联声力电话机；
每个按键均连接一个发电模块，所述发电模块与直流稳压模块和控制器相连接，所述发电模块用于在按键按压时产生感应电压，所述直流稳压模块用于将所述感应电压转换为直流电压，为控制器提供供电并通过所述电源接口为与其连接的声力电话机提供供电；
所述发电模块设置在电话机本体中，包括形成磁场且极性相反的两块磁铁、设置在磁场中的感应线圈、能够带动所述感应线圈旋转的传动装置、与感应线圈输出端相连接的整流器以及与所述整流器相连接比较器，所述整流器与所述直流稳压模块的输入端相连接，所述直流稳压模块的输出端与所述比较器相连接，所述比较器与所述控制器相连接；
所述传动装置包括设置在按键底端的齿轮A、能够与所述齿轮A相互啮合并传动的齿轮B、与所述齿轮B同轴设置并随着齿轮B的旋转而旋转的齿轮C以及与所述齿轮C相互啮合并能带动所述感应线圈旋转的齿轮D，所述齿轮C比所述齿轮B和所述齿轮D都要大；当按键被按下后，齿轮A向下与齿轮B接触，使得齿轮B旋转，与齿轮B同轴的大齿轮C随着齿轮B的旋转而旋转，大齿轮C的旋转带动齿轮D的旋转，从而使感应线圈旋转切割磁感线并产生感应电动势；所述整流器将感应电动势进行整流滤波并传送给所述直流稳压模块；
所述直流稳压模块包括第一电容C1、第二电容C2、电阻R和电源管理芯片，所述感应电动势经所述整流器整流后输入所述电源管理芯片的输入端，所述第一电容C1和电阻R并接在输入端，所述第二电容C2并接在所述电源管理芯片的输出端并输出直流电压为所述比较器、控制器以及通过所述电源接口为与其连接的声力电话机提供供电；所述第一电容C1为储能电容，所述电阻R用于按键释放时所述第一电容C1所充有的电压，使其电势为零。
2.根据权利要求1所述的基于磁生电的船用无源声力电话机，其特征在于，所述电源接口还接入外接电源，所述外接电源用于为所述船用声力电话机提供稳定供电。
3.根据权利要求2所述的基于磁生电的船用无源声力电话机，其特征在于，所述外接电源包括储能单元，每次按键拨号时，所述直流稳压模块产生的电能能够存储在所述储能单元中。
4.根据权利要求1所述的基于磁生电的船用无源声力电话机，其特征在于，所述控制器采用低功耗模块。
5.根据权利要求1所述的基于磁生电的船用无源声力电话机，其特征在于，所述按键中设置有弹簧。
6.根据权利要求1所述的基于磁生电的船用无源声力电话机，其特征在于，所示齿轮C的周长与所述齿轮D的周长的比例为5:1。
7.根据权利要求1所述的基于磁生电的船用无源声力电话机，其特征在于，所示齿轮C的周长与所述齿轮D的周长的比例为8:1。
8.根据权利要求1所述的基于磁生电的船用无源声力电话机，其特征在于，所述整流器采用全波整流器。
9.根据权利要求1所述的基于磁生电的船用无源声力电话机，其特征在于，所述第一电容C1采用大容量金电容器。
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CN110350757A (zh) * 2019-05-23 2019-10-18 胥凤山 一种电机和发电方法
CN111308711A (zh) * 2020-03-04 2020-06-19 莫国坚 一种游戏用虚拟现实头戴显示器设备自给供电装置
CN111818206A (zh) * 2020-08-21 2020-10-23 中国电子科技集团公司第三十六研究所 一种声力电话设备

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