CN210329497U

CN210329497U - 一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统

Info

Publication number: CN210329497U
Application number: CN201921025833.8U
Authority: CN
Inventors: 石黄霞; 付涛; 祁永来; 李文亮; 代元军; 徐磊; 史瑞静; 刘光辉; 马晓雯; 范杰; 袁文海; 刘彪; 宋玉涛
Original assignee: Xinjiang Institute of Engineering
Current assignee: Xinjiang Institute of Engineering
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2029-07-03

Abstract

本实用新型公开了一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，头盔本体内设置温度传感器、湿度传感器和小风扇；电源系统用于给头盔本体的电子部件供电；风光互补发电系统包括利用风能发电的微型风力发电机系统和利用太阳能发电的多晶硅太阳能电池板发电系统，电源系统包括至少两块能充放电和储电的锂电池和作为总控制器的单片机，单片机包含太阳能接口电路、风能接口电路、升压电路、锂电池充电保护电路、稳压电路、锂电池电压检测电路和LED指示灯电路部分。本实用新型并收集过程能源并合理自身利用，用以解决现有技术中对于机动车、摩托车等户外骑行者没有合适的防风、防尘、舒适、保安全、电池续航里程长的头盔防护装置的问题。

Description

一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统

技术领域

本实用新型属于一种拥有超长带电时间的头盔装置，具体涉及一种适用于高速运动的机动车、摩托车驾驶员的，并收集过程能源并合理自身利用的一种新能源头盔系统。

背景技术

在人们的工作、生活和旅行中，机动车和摩托车等这类便捷、快速的交通工具不可或缺，由于快速前行时，流动风力对人体尤其是人头部的冲击力极大，造成骑行者极度不适，并可能导致危险发生，再加之空气中PM2.5的严重污染，因此防护头盔的使用显得尤为重要。目前针对机动车、摩托车等这类户外骑行的驾驶员使用的防护头盔存在以下问题：1.防护不严的头盔不能完全阻止气流的冲击，使用者体验不佳；2.防护太严的头盔，头盔内部的空气流通不畅，温湿度不能调节，使用者舒适度也部高；3.现有的电动防雾霾口罩或头盔带电时间有限，续航时间短。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于高速运动的机动车、摩托车驾驶员的，并收集过程能源并合理自身利用的一种新能源头盔系统，用以解决现有技术中对于机动车、摩托车等户外骑行者没有合适的防风、防尘、舒适、保安全、电池续航里程长的头盔防护装置的问题。

为了解决以上技术问题，本实用新型提供了一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，包括头盔本体、风光互补发电系统和电源系统，头盔本体内设置温度传感器、湿度传感器和小风扇；电源系统用于给头盔本体的电子部件供电；风光互补发电系统包括利用风能发电的微型风力发电机系统和利用太阳能发电的多晶硅太阳能电池板发电系统，电源系统包括至少两块能充放电和储电的锂电池和作为总控制器的单片机，单片机包含太阳能接口电路、风能接口电路、升压电路、锂电池充电保护电路、稳压电路、锂电池电压检测电路和LED指示灯电路部分。

进一步的，多晶硅太阳能电池板发电系统包括多晶硅太阳能电池组件和太阳能发电外电路，多晶硅太阳能电池组件包括多个太阳能电池单体，并进行串、并联并封装制得。

进一步的，太阳能电池单体由多晶硅柔性薄膜制作，太阳能电池单体根据头盔本体顶部的弧形结构封装，使形成的多晶硅太阳能电池板结构呈与头盔本体的顶部弧形结构一致，并嵌入头盔本体的顶部外曲面结构。

进一步的，太阳能电池单体的单体面积为4～100cm2，工作电压为0.45～0.50V，工作电流为20～25mA/cm2。

进一步的，微型风力发电机系统包括至少一个的风力发电机装置，风力发电机装置的叶片风轮在风能的作用下旋转并通过发电机装置发电，并通过外接电路把电能传输至锂电池进行充电。

进一步的，单片机为STC89C52单片机。

进一步的，微型风力发电机系统的电路部分包括稳压模块、DC转换模块和升降压模块，将微型风力发电机系统发的电经过稳压后，将电压稳定在5V，然后经过DC转换模块和升降压模块后给一块锂电池进行充电。

进一步的，太阳能发电外电路包括斩波模块和升降压模块，使多晶硅太阳能电池板发电系统产生的直流电经过斩波和升/降压后给其中一块锂电池充电。

进一步的，单片机包括PCF8591模块，用以检测电源系统，并控制微型风力发电机系统和多晶硅太阳能电池板发电系统的互补发电充电问题。

进一步的，电源系统还包括智能充放电模块，智能充放电模块包括电压检测模块、充放电控制模块和过压、欠压保护模块，用以配合单片机检测锂电池的电压，判断是否要为其中一块锂电池进行供电，另一块是否可以给系统供电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：温度传感器、湿度传感器实时检测头盔本体内部的环境温湿度，高于设定参数时，通过单片机控制所述小风扇启动并调节头盔本体内部的环境，提高使用者的舒适度；风光互补发电系统和电源系统的设置可以收集机动车或摩托车高速运行过程中强大的流体风力的能量，并与太阳能发电能量做互补给电池续航充电，基本在做到旅行过程中头盔耗能的自给自足，增加头盔带电部分的续航里程，做到了集安全、节能、环保、舒适、高带电续航与一体的机动车头盔。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型头盔本体的结构爆炸示意图；

图2是本实施例中STC89C52单片机的示意图；

图3是本实施例中半导体P-N节的光生伏特效应示意图；

图4是本实施例中风光互补发电系统的电路图；

图5是本实施例中风光互补发电系统的整流稳压电路示意框图；

图6是本实施例中锂电池充放电模块部分电路示意图；

图7是本实施例用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统的工作过程示意框图；

其中，1-头盔本体，2-进气口，3-气流罩，4-硅胶管，5-排气口，6-温度传感器，7-湿度传感器，8-小风扇，9-内曲面，10-外曲面，11-支撑架，12-太阳能板，13-气流通道，14-小风扇容置槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，包括头盔本体、风光互补发电系统、空气净化装置和电源系统，如图1所示，为头盔本体1的结构示意图，头盔本体1的前端下部设置进气口2，进气口2上设置气流罩3，气流罩3通过硅胶管4与空气净化装置的空气出口连通，头盔本体1两侧设置两个排气口5，用于排出人呼出的气体。

头盔本体1包括内曲面9和外曲面10双层架构，外曲面10采用高强度PC+ABS合金，提高头盔的强度和韧性，在受到撞击时能够最大程度上减少冲击力度；内曲面9考虑到导热和重量因素，选择纯导热性能仅次于银而又十分轻盈的网状铝合金制作，一方面质轻，减轻头盔对佩戴者的重力压迫感，同时最大限度的加快头盔本体内部的热量散发，提高佩戴者的使用舒适度。头盔本体1内设置温度传感器6、湿度传感器7和小风扇8。头盔本体1内设置温度传感器6和湿度传感器7，用以实时检测头盔本体1内的温度和湿度。头盔本体1顶部内曲面9与外曲面10之间还设置小风扇容置槽14，小风扇容置槽14内设置小风扇8，小风扇容置槽14连通在头盔本体1内分布贯通的气流通道13，用以扩散头盔本体1内的空气流动，保障整个头盔本体1内的空气流通和舒适环境。

外曲面10和内曲面9之间设置支撑架11，支撑架11为绝缘材料制作，对外曲面10和内曲面9之间进行有效隔热，阻断外曲面10与内曲面9的热传导，使在炎热环境下保障头盔本体内部环境的清凉和在寒冷的外部环境下保障头盔本体内部环境的温暖舒适。电源系统用于给头盔本体的电子部件如温度传感器6、湿度传感器7、小风扇8和空气净化装置供电；电源系统包括至少两块能充放电和储电的锂电池和作为总控制器的STC89C52单片机，如图2所示，为STC89C52单片机的示意图，包含太阳能接口电路、风能接口电路、升压电路、锂电池充电保护电路、稳压电路、锂电池电压检测电路和LED指示灯电路等部分。

风光互补发电系统包括利用风能发电的微型风力发电机系统和利用太阳能发电的多晶硅太阳能电池板发电系统。多晶硅太阳能电池板发电系统包括多晶硅太阳能电池组件和太阳能发电外电路，多晶硅太阳能电池组件包括多个太阳能电池单体，并进行串、并联并封装制得。太阳能电池单体由多晶硅柔性薄膜制作，质轻，易造型；太阳能电池单体根据头盔本体顶部的弧形结构阵列封装，使形成的多晶硅太阳能电池板12结构呈与头盔本体的顶部弧形结构一致，并嵌入头盔本体1的顶部曲面结构，使用者佩戴时实时收集头顶的太阳能进行发电，结构合理效率高。

如图3所示，太阳能发电原理主要是利用半导体P-N节的光生伏特效应，P-N节由P型半导体和N型半导体结合而成，P型半导体是在本征半导体中加入最外层为3个电子的硼、铝、镓、铟等元素形成的多空穴的杂质半导体；N型半导体是在本征半导体中加入最外层为5个电子的磷、砷、锑等元素形成的多电子的杂质半导体；两者结合后N型半导体中的电子和P型中的空穴相互中和(存在电子浓度差，实际上是N型中的电子流向P型中的空穴)，由于电子的流动，使得N型半导体呈正电性，P型半导体呈负电性，从而在接触面附近形成内电场。内电场阻碍电子的移动，最终达到平衡状态。当光线照到P-N节上并在界面层被吸收时，光子将界面2侧的P型和N型硅中的共价键激发，打破原来的状态，产生电子-空穴对，而内电场作用使得电子-空穴对中的电子向N极移动，空穴向P极移动，削弱内电场。这种光子激发作用除了削弱内电场外，还会进一步形成和内电场方向相反的光电厂，使得P极呈高电位，N极呈低电，接上外电路即可供电太阳能发电部分。

微型风力发电机系统包括至少一个的风力发电机装置，风力发电机装置的叶片风轮在风能的作用下旋转并通过发电机装置发电，并通过外接电路把电能传输至锂电池进行充电。风力发电的原理是利用风能带动风力发电机的叶片旋转，从而使发电机发电。如图4所示，为风光互补发电系统的电路图，风力发电机装置发的交流电经桥堆整流模块整流，使交流变直流，再经电容稳压、滤波、隔离后，与太阳能板发出的直流电都7805集成电路后，经3脚输出5V稳定电压，经D02指示灯和C3稳压后，由输出端口输出5V稳定直流电。如图5所示，为风光互补发电系统的整流稳压电路示意框图，微型风力发电机系统的电路部分经过整流、稳压模块、DC转换模块和升降压模块，将微型风力发电机系统发的电经过稳压后，然后经过DC转换模块和升降压模块后将电压稳定在5V，然后一部分用于通过锂电池充电模块给一块锂电池进行充电，另一部分通过PCF8591模块给单片机供电，用以检测电源系统，并控制微型风力发电机系统和多晶硅太阳能电池板发电系统的互补发电充电问题。

太阳能发电外电路包括斩波模块和升降压模块，使多晶硅太阳能电池板发电系统产生的直流电经过斩波和升/降压后稳定为5V直流电，一部分通过锂电池充电模块给其中一块锂电池充电，另一部分也通过PCF8591模块给单片机供电，用以检测电源系统，并控制微型风力发电机系统和多晶硅太阳能电池板发电系统的互补发电充电问题。

需要补充说明的是，如图6所示，智能锂电池充放电模块包括电压检测模块、充放电控制模块和过压、欠压保护模块，用以配合单片机检测锂电池的电压，判断是否要为其中一块锂电池进行供电，另一块是否可以给系统供电。

需要补充说明的是，储存的电能除了给以上头盔系统工作外还可以再经过升压电动车电瓶充电，除此之外，还可以通过USB口给手机等移动通讯设备充电。

本实用新型的设计思路为：整个系统由单片机控制，头盔的构架由锂电池、温度传感器和湿度传感器、小风扇等部件组成。太阳能电池列阵为多晶硅太阳能电池板和微型风力发电机系统的多个叶片风轮达成风光互补为锂电池充电；温度传感器和湿度传感器是佩带头盔舒适感的可靠来源，当头盔内部的温度过高时，温度传感器把信号传给单片机，单片机就控制小风扇工作，锂电池作为它们电源。头盔前端下部有进气口，进气口连接输气软管，输气软管中的空气已经被净化过，清洁又安全。头盔两侧有两个排气口，可将人呼出的气体排出。构架由内曲面、外曲面和曲面之间支撑架构成，外曲面采用高强度PC+ABS合金(顶盖)；内曲面考虑到导热和重量因素，选择纯导热性能仅次于银而又十分轻盈的新型网状铝合金做成，两曲面之间的支撑架是绝热材料。如图7所示，为本实施例的工作过程：电源由风能和太阳能提供，单片机控制电源的智能充放，同时还控制温度传感器、湿度传感器、小风扇。由太阳能和风能互补作为装置的电源。单片机控制小风扇和温度湿度传感器从而调节头盔的舒适感；还有空气净化装置，空气净化后由输气软管通入头盔的通气口，一系列的装置做到了节能智能安全。

本实施例的理论设计数据如下：1)由于多晶硅太阳能电池板是制成曲面弧型紧贴在头盔顶端内表面，它的实际有效受光面积是投影到水平面的一个近似圆。多晶硅太阳能电池板是有若干太阳能电池单体组成的，单体的面积一般为4～100cm²，工作电压为0.45～0.50V，工作电流为20～25mA/cm²，将太阳能电池单体进行串、并联并封装后，组成太阳能电池组件，其功率一般为几瓦。本装置上的太阳能电池组件标准应含有20个(若将近似圆化为等效面积的规则矩形则为4×5)太阳能电池单体，产生5V的空载电压，能为一个额定电压为4.5～5.0V的锂电池进行有效的充电。

2)风机的功率：风电能量指的是风的动能

特定质量的空气的动能可以用下列公式计算:

E＝1/2*M质量*(V速度)²

吹过特定面积的风的功率可以用下列公式计算:

P＝1/2*ρ空气密度*S面积*(V速度)²

其中，功率单位为W；

空气密度单位为Kg/m³；

面积指气流横截面积，单位为m³；

速度单位为m/s.

在海平面高度和摄氏15℃的条件下，干空气密度为1.225Kg/m³。空气密度随气压和度而变。随着高度的升高，空气密度也会下降。

如果有一天太阳能电池板工作的有效时间为3小时，风机工作一小时，那么就可以产生3.06x 105J能量。按1kg标准煤当量为7000千卡计算，相当于燃烧10kg的煤产生的能量。

本实施例集中针对户外机动车骑行者对头盔性能的需求和行业现状，为保障机动车驾驶者呼吸时不受雾霾影响，提高长途旅行的舒适感，而现在市面上的防雾霾口罩电能续航能力差，舒适感差等问题，我们团队从保障安全的基础上对头盔进行了新的设计。利用清洁可再生的太阳能和风能作为能源基础，带动整个设备工作，做到了集安全、节能、环保、舒适于一体的机动车头盔。

本实用新型并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本实用新型涉及的技术方案。基于本实用新型启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本实用新型的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本实用新型的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本实用新型的多种实施方式以及多种替代方式来达到本实用新型的目的。

Claims

1.一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，其特征在于，包括头盔本体、风光互补发电系统和电源系统，所述头盔本体内设置温度传感器、湿度传感器和小风扇；所述电源系统用于给所述头盔本体的电子部件供电；所述风光互补发电系统包括利用风能发电的微型风力发电机系统和利用太阳能发电的多晶硅太阳能电池板发电系统，所述电源系统包括至少两块能充放电和储电的锂电池和作为总控制器的单片机，所述单片机包含太阳能接口电路、风能接口电路、升压电路、锂电池充电保护电路、稳压电路、锂电池电压检测电路和LED指示灯电路部分。

2.根据权利要求1所述的一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，其特征在于，所述多晶硅太阳能电池板发电系统包括多晶硅太阳能电池组件和太阳能发电外电路，所述多晶硅太阳能电池组件包括多个太阳能电池单体，并进行串、并联并封装制得。

3.根据权利要求2所述的一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，其特征在于，所述太阳能电池单体由多晶硅柔性薄膜制作，所述太阳能电池单体根据所述头盔本体顶部的弧形结构封装，使形成的多晶硅太阳能电池板结构呈与所述头盔本体的顶部弧形结构一致，并嵌入所述头盔本体的顶部外曲面结构。

4.根据权利要求3所述的一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，其特征在于，所述太阳能电池单体的单体面积为4～100cm2，工作电压为0.45～0.50V，工作电流为20～25mA/cm2。

5.根据权利要求1所述的一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，其特征在于，所述微型风力发电机系统包括至少一个的风力发电机装置，所述风力发电机装置的叶片风轮在风能的作用下旋转并通过发电机装置发电，并通过外接电路把电能传输至所述锂电池进行充电。

6.根据权利要求1所述的一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，其特征在于，所述单片机为STC89C52单片机。

7.根据权利要求5所述的一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，其特征在于，所述微型风力发电机系统的电路部分包括稳压模块、DC转换模块和升降压模块，将微型风力发电机系统发的电经过稳压后，将电压稳定在5V，然后经过DC转换模块和升降压模块后给一块锂电池进行充电。

8.根据权利要求2所述的一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，其特征在于，所述太阳能发电外电路包括斩波模块和升降压模块，使所述多晶硅太阳能电池板发电系统产生的直流电经过斩波和升/降压后给其中一块锂电池充电。

9.根据权利要求6所述的一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，其特征在于，所述单片机包括PCF8591模块，用以检测电源系统，并控制所述微型风力发电机系统和所述多晶硅太阳能电池板发电系统的互补发电充电问题。

10.根据权利要求6所述的一种用于机动车驾驶员的风光互补发电智能头盔系统，其特征在于，所述电源系统还包括智能锂电池充放电模块，所述智能锂电池充放电模块包括电压检测模块、充放电控制模块和过压、欠压保护模块，用以配合所述单片机检测所述锂电池的电压，判断是否要为其中一块锂电池进行供电，另一块是否可以给系统供电。