CN110195498A - 一种智能发电楼梯系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能发电楼梯系统，具有：台阶本体，其内部设有空腔；第一踏板，与台阶本体连接并能在空腔滑动；回位结构，连接台阶本体和第一踏板；通过电路连接的发电装置、整流器、蓄电池、单片机；齿轮传动机构，连接第一踏板和发电装置，通过楼梯发电，节能环保。

Description

一种智能发电楼梯系统
技术领域
本发明属于节能设备技术领域，尤其涉及一种智能发电楼梯系统。
背景技术
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：据最新统计显示，全国电梯每年耗电量约300亿度电，如果低层乘客能走楼梯，每年约节省30亿度电。如果我们能够将发电楼梯充分利用在人流量较大的场所，利用“人群牧场”效应，收集人群上下楼梯时所产生的势能差，从而进一步将其转换成电能，利用这一部分能量，我们可以将其用在照明和自清洁等方面，这将会为国家节省更一大部分能源。现有的楼梯需要人工定期打扫卫生，费时费力，没有完成自主化；人们过分依赖便利设施，导致人们愈发懒惰，不愿走楼梯。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通过楼梯发电，节能环保的智能发电楼梯系统。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种智能发电楼梯系统，具有：
台阶本体，其内部设有空腔；
第一踏板，与所述台阶本体连接并能在所述空腔滑动；
回位结构，连接所述台阶本体和第一踏板；
通过电路连接的发电装置、整流器、蓄电池、单片机；
齿轮传动机构，连接所述第一踏板和发电装置。
所述齿轮传动机构具有：
第一齿轮，转动安装在所述空腔内；
连杆，第一端与所述第一踏板铰接，第二端与所述第一齿轮铰接；
第一轴，转动安装在所述空腔内；
第二齿轮，固定安装在所述第一轴上，所述第二齿轮与第一齿轮相啮合；
第三齿轮，固定安装在所述第一轴上；
第二轴，转动安装在所述空腔内；
第四齿轮，固定安装在所述第二轴上；
单向传动结构，所述第三齿轮和第四齿轮通过单向传动结构连接；
第三轴，转动安装在所述空腔内；
第五齿轮，固定安装在所述第三轴上，所述第五齿轮与第四齿轮相啮合；
第六齿轮，固定安装在所述第三轴上；
第四轴，转动安装在所述空腔内，所述第四轴与所述发电装置连接；
第七齿轮，固定安装在所述第四轴上，所述第七齿轮与第六齿轮相啮合。
所述单向传动结构包括挡块和凸轮，所述挡块设置在所述第四齿轮上，所述凸轮转动安装在所述第四齿轮上；所述挡块能够限位所述凸轮的转动；所述凸轮能卡入或脱离所述第三齿轮的齿槽中。
还包括自清洁装置，所述自清洁装置具有舵机、清洁杆和连接杆；所述清洁杆两端设有导杆，所述台阶本体两侧设有与所述导杆适配的导槽；所述舵机安装在所述空气内，舵机通过电路与所述蓄电池连接；所述连接杆的第一端与所述舵机的转轴铰接；连接杆的第二端设有滑块，所述清洁杆上设有与所述滑块适配的滑槽。
还包括压电陶瓷、电流传感器，所述压电陶瓷安装在所述第一踏板上；所述电流传感器安装在所述空腔内；所述压电陶瓷和电流传感器通过电路与所述单片机连接；还具有音乐播放器，所述音乐播放器设置在所述空腔内，音乐播放器通过电路与所述单片机连接。
所述回位结构为弹簧，所述第一踏板四周均设有弹簧。
所述台阶本体上还设有第二踏板，所述第二踏板与所述台阶本体固定连接。
所述单片机为51单片机。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，通过楼梯发电，节能环保；提高了发电量，新颖的采用飞轮和变速机构相结合的方式，有效的提高了发电效率；为了解决发电电流的不稳定导致电能难以储备问题，通过整流器有效的解决了这一问题，提高了本装置的可行性；通过增加自清洁装置，解决了楼梯需要经常人工打扫的难题，解放了人力，使得人们拥有更多的时间去创造更多价值；为了吸引更多的人多走楼梯，本装置新颖的采用了通过播放音乐的措施，释放一下人们在旅途中的疲惫，提高他们对走楼梯的兴趣，有效的解决了人们因为懒惰而形成的那种习惯，还能提高人们的身体素质。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的智能发电楼梯系统的结构示意图；
图2为图1的智能发电楼梯系统的结构示意图；
图3为图2的局部放大图；
图4为图1的智能发电楼梯系统的单向传动结构的结构示意图；
图5为图1的智能发电楼梯系统的自清洁装置的结构示意图；
上述图中的标记均为：1、台阶本体，101、空腔，2、第一踏板，3、压电陶瓷，4、齿轮传动机构，401、第一齿轮，402、连杆，403、第一轴，404、第二齿轮，405、第三齿轮，406、第四齿轮，407、第二轴，408、第五齿轮，409、第三轴，410、第六齿轮，411、第四轴，412、挡块，413、凸轮，5、弹簧，6、发电装置，7、整流器，8、蓄电池，9、单片机，10、舵机，11、自清洁装置，12、电流传感器，13、清洁杆，14、连接杆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1-5，一种智能发电楼梯系统，具有：台阶本体，其内部设有空腔；第一踏板，与台阶本体连接并能在空腔滑动；回位结构，连接台阶本体和第一踏板；通过电路连接的发电装置、整流器、蓄电池、单片机；齿轮传动机构，连接第一踏板和发电装置。
齿轮传动机构具有：第一齿轮，转动安装在空腔内；连杆，第一端与第一踏板铰接，第二端与第一齿轮铰接；第一轴，转动安装在空腔内；第二齿轮，固定安装在第一轴上，第二齿轮与第一齿轮相啮合；第三齿轮，固定安装在第一轴上；第二轴，转动安装在空腔内；第四齿轮，固定安装在第二轴上；单向传动结构，第三齿轮和第四齿轮通过单向传动结构连接；第三轴，转动安装在空腔内；第五齿轮，固定安装在第三轴上，第五齿轮与第四齿轮相啮合；第六齿轮，固定安装在第三轴上；第四轴，转动安装在空腔内，第四轴与发电装置连接；第七齿轮，固定安装在第四轴上，第七齿轮与第六齿轮相啮合。
单向传动结构包括挡块和凸轮，挡块设置在第四齿轮上，凸轮转动安装在第四齿轮上；挡块能够限位凸轮的转动；凸轮能卡入或脱离第三齿轮的齿槽中。
还包括自清洁装置，自清洁装置具有舵机、清洁杆和连接杆；清洁杆两端设有导杆，台阶本体两侧设有与导杆适配的导槽；舵机安装在空气内，舵机通过电路与蓄电池连接；连接杆的第一端与舵机的转轴铰接；连接杆的第二端设有滑块，清洁杆上设有与滑块适配的滑槽。
还包括压电陶瓷、电流传感器，压电陶瓷安装在第一踏板上；电流传感器安装在空腔内；压电陶瓷和电流传感器通过电路与单片机连接；还具有音乐播放器，音乐播放器设置在空腔内，音乐播放器通过电路与单片机连接。
回位结构为弹簧，第一踏板四周均设有弹簧。台阶本体上还设有第二踏板，第二踏板与台阶本体固定连接。单片机为单片机。
踏板安装在内腔顶部，并与之相嵌合，压电陶瓷嵌在踏板的正中央，齿轮传动机构安装在左腔体底部，弹簧安装在左腔体的四个圆桶内部，，发电装置则安装在右腔体底部靠左的位置，整流器则安装在发电装置正后，蓄电池安装在右腔体右上角处，单片机安装在整流器正下方，舵机安装在整个内腔体水平中心线的最左边与最右边，自清洁装置安装在内腔正下方，电流传感器安装在整流器后方。
踏板供人群踩踏，位于每级楼梯的最上层，压电陶瓷紧嵌于踏板中央，在压电陶瓷左右两端接有引线与踏板下方的电流传感器相连接，内腔处于踏板下方的一个储物空间，它与踏板相嵌合构成一个整体，齿轮传动机构位于左踏板下方的内腔上表面，弹簧安装在可活动的踏板下方，四个角各有一个，主要作用是让踏板回弹，发电装置有两个，安装于右踏板下方，其末端接有引线与整流器相连，整流器安装在发电装置后方，通过螺丝固定在内腔底部上表面，蓄电池底部通过螺栓将其固定于整流器后方，单片机安装在紧靠蓄电池下方处，底部有螺丝与底部固定，舵机位于左踏板下方的最左端和右踏板下方的最右端各一个，舵机的机械臂位贯穿内腔，在清洁装置最上方，清洁装置位于台阶最底端，其底端与下一级台阶相持平，其内部含有滚刷、吸水海绵、还配备吸尘的功能，电信号传感器安装在单片机输入端口，音乐播放器则安装在楼梯旁的墙壁上。
踏板通过包括左踏板和右踏板，左踏板下方有根圆柱型承重柱支撑，其中四角处的承重柱下方通过螺丝与弹簧紧密相连，弹簧处在左腔体的四根圆柱体内部，并且其底部也通过螺丝将其固定在内腔上底部，其中心圆柱型承重柱底部与一根杆的上端紧密相连，而其下端则与一级齿轮相连接，左踏板通过上下位移带动这根杆做上下运动，从而带动一级齿轮旋转，从而达到发电的目的。踏板在一级台阶中，分左右两部分，左边踏板可以上下浮动约厘米，有边踏板固定不动，左右两边的踏板相互独立，形状为长方形，所用材料为硬性防水防滑材料即可。
内腔位于踏板下方的储存空间，主要存放齿轮传动机构、发电机、单片机等重要部件。
压电陶瓷将压力转换成微弱的电流传达给底部的电流感应器，当电流感应器接收到电信号时，他会给单片机传达电信号，当接收到该信号时，单片机又会给音乐播放器发送播放指令，当持续10秒没有接收到电信号时，单片机会通过内部程序将音乐播放终止，为了吸引人们多去走楼梯，少坐电梯。压电陶瓷紧嵌于踏板中央，左右两端分别接有引线将其产生的电流传送到电流传感器中，为了延长其使用寿命，在其上方还贴了一层较薄的防护膜，降低其磨损程度。
齿轮传动机构分为四级变速结构，第一级变速结构会将轴承转速提高2倍，第二级处提高0.5倍，第三级提高1倍，第四级提高0.2倍，最终带动线圈在发电机中切割磁感线运动，但由于在现实情况中，齿轮可能出现反转，可能会导致所产生的电流流向发生改变，最终影响发电效率，所以，本发明特别地在二级变速机构处怎加了一个飞轮装置，使得转轴转动方向只有一个是有效的，从而达到高效发电的目的。通过单向传动结构，使传递到发动机的转动方向为一个方向，当齿轮反转时，单向传动结构阻断运动的传递。
当人踩在在踏板上，踏板向下位移，从而带动下方一级齿轮旋转，一级齿轮带动二号和三号齿轮旋转，利用飞轮的工作作用，实现让两个电机交替工作的目的，使得弹簧的弹性势能也能被充分利用，保证了发电装置对外输出电流的方向始终不变，提高了发电效率，踏板带动一级齿轮的运动方式和活塞运动相类似，经过三次变速处理后，最终带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，从而达到高效发电的目的，所用齿轮、支架和轴承的材料最好为不锈钢材料，尽量使其工作寿命边长一些，减少维修成本，当然其他材料，合理即可。
弹簧装置与底座以及踏板用螺丝固定，其所用材料最好选择劲度系数较大的金属材料，得要不易变形，承重能力较强的金属。
发电装置，外壁主要是由环形磁铁组成，内部为绕了n砸的铜线圈，外部接有导线，将其与蓄能器相连接。
整流器主要是将发电装置所产生的交流电转换成直流电，会以稳定的直流电给蓄电池充电。
蓄电池采用的是免维护蓄电池，该电池体积小、使用寿命长、耐高温、耐震、自放电小等优点，符合本装置使用条件。
单片机的作用是通过人为的编写程序控制清洁装置的工作、音响的播放以及灯源的开与关，使得该楼梯系统智能化，自主化。
舵机安装在整级台阶的左右两端，通过螺丝使其与内腔底紧密连接，其作用是带动下方清洁装置的前后运动。
自清洁装置位于内腔的下方，其上方有根横杆横挂在该阶楼梯的左右两侧面上，使其只能左前后运动，该自清洁装置内部含有滚刷，安装在最前端，吸水海绵紧贴地面安装在其后方，同时上方还设置了三个进气口，外部接有吸尘器，主要作用是除去台阶上的灰尘。
电流传感器用螺丝固定在单片机输入端旁边的内腔底部，当电流传感器检测到有电流流过时，他会发送信号给单片机，使得音乐播放器工作，没有电流流过，则音乐播放停止。
音乐播放器通过螺丝固定在楼梯旁的墙壁上，通过单片机控制音乐的播放。
清洁装置，其工作原理是在楼梯入口处有一个控制按钮，当人为按下这个按钮后，单片机会命令最上层的舵机开始工作，将清洁装置缓慢推出然后拉回，然后下一级的舵机在开始工作，以此类推，直到最底层的自动清洁装置工作完毕，与此同时，安装在楼梯最底部的吸尘器一直工作到结束，最终，工作人员只需把垃圾扔到到垃圾桶里就行，大大解放了人力，符合今后的发展需求。
自动清洁装置以及音乐播放器和灯源的供电，主要是由楼梯所发的电，当蓄电池内电源不足时，可临时调用外部电源。
采用上述的结构后，通过楼梯发电，节能环保；提高了发电量，新颖的采用飞轮和变速机构相结合的方式，有效的提高了发电效率；为了解决发电电流的不稳定导致电能难以储备问题，通过整流器有效的解决了这一问题，提高了本装置的可行性；通过增加自清洁装置，解决了楼梯需要经常人工打扫的难题，解放了人力，使得人们拥有更多的时间去创造更多价值；为了吸引更多的人多走楼梯，本装置新颖的采用了通过播放音乐的措施，释放一下人们在旅途中的疲惫，提高他们对走楼梯的兴趣，有效的解决了人们因为懒惰而形成的那种习惯，还能提高人们的身体素质。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能发电楼梯系统，其特征在于，具有：
台阶本体，其内部设有空腔；
第一踏板，与所述台阶本体连接并能在所述空腔滑动；
回位结构，连接所述台阶本体和第一踏板；
通过电路连接的发电装置、整流器、蓄电池、单片机；
齿轮传动机构，连接所述第一踏板和发电装置。
2.如权利要求1所述的智能发电楼梯系统，其特征在于，所述齿轮传动机构具有：
第一齿轮，转动安装在所述空腔内；
连杆，第一端与所述第一踏板铰接，第二端与所述第一齿轮铰接；
第一轴，转动安装在所述空腔内；
第二齿轮，固定安装在所述第一轴上，所述第二齿轮与第一齿轮相啮合；
第三齿轮，固定安装在所述第一轴上；
第二轴，转动安装在所述空腔内；
第四齿轮，固定安装在所述第二轴上；
单向传动结构，所述第三齿轮和第四齿轮通过单向传动结构连接；
第三轴，转动安装在所述空腔内；
第五齿轮，固定安装在所述第三轴上，所述第五齿轮与第四齿轮相啮合；
第六齿轮，固定安装在所述第三轴上；
第四轴，转动安装在所述空腔内，所述第四轴与所述发电装置连接；
第七齿轮，固定安装在所述第四轴上，所述第七齿轮与第六齿轮相啮合。
3.如权利要求2所述的智能发电楼梯系统，其特征在于，所述单向传动结构包括挡块和凸轮，所述挡块设置在所述第四齿轮上，所述凸轮转动安装在所述第四齿轮上；所述挡块能够限位所述凸轮的转动；所述凸轮能卡入或脱离所述第三齿轮的齿槽中。
4.如权利要求3所述的智能发电楼梯系统，其特征在于，还包括自清洁装置，所述自清洁装置具有舵机、清洁杆和连接杆；所述清洁杆两端设有导杆，所述台阶本体两侧设有与所述导杆适配的导槽；所述舵机安装在所述空气内，舵机通过电路与所述蓄电池连接；所述连接杆的第一端与所述舵机的转轴铰接；连接杆的第二端设有滑块，所述清洁杆上设有与所述滑块适配的滑槽。
5.如权利要求4所述的智能发电楼梯系统，其特征在于，还包括压电陶瓷、电流传感器，所述压电陶瓷安装在所述第一踏板上；所述电流传感器安装在所述空腔内；所述压电陶瓷和电流传感器通过电路与所述单片机连接；还具有音乐播放器，所述音乐播放器设置在所述空腔内，音乐播放器通过电路与所述单片机连接。
6.如权利要求5所述的智能发电楼梯系统，其特征在于，所述回位结构为弹簧，所述第一踏板四周均设有弹簧。
7.如权利要求6所述的智能发电楼梯系统，其特征在于，所述台阶本体上还设有第二踏板，所述第二踏板与所述台阶本体固定连接。
8.如权利要求7所述的智能发电楼梯系统，其特征在于，所述单片机为51单片机。
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