无源智能自行车灯的设计与实现

肖文君

（湖南劳动人事职业学院，湖南长沙410100）

1 作品介绍

1.1 创作动机、作品构想

21世纪是个高速发展的时代，然而发展自然离不开能源的支持，特别是新能源的大力开发、再生能源的利用。信息快速更新的社会现状，对于电能的需求更是强烈。但是作为二次能源的电能，却不能直接产生，需要由其他的能源转换而成，然而能源特别是一次能源很多是不可再生的。

随着中国经济的快速发展，人们的出行方式变得越来越现代化，越来越多的人采用汽车来代步。汽车出行方式为人类带来了快捷和方便，但同时也引起了能源消耗和空气污染，对生态环境和人体健康带来了不利影响。汽车数量的迅速增加使道路更加堵塞，导致交通效率低下，使汽车原本应带来的快捷、舒适、高效无法实现。为节约能源、提高能效、减少污染、有益健康、兼顾效率，越来越多的人开始选择绿色出行方式，如乘坐公共交通、骑自行车等。近几年，随着共享单车的普及，越来越多的市民选择骑自行车出行，但晚上骑自行车由于缺少灯光并不便捷。我们创作的动机就是利用其他能源为生活提供便利，让市民晚上也可以实现低碳绿色出行。我们在自行车的脚踏板上装设了永磁体和磁感线圈，当脚踩踏时，压力传递到永磁体并由它切割磁感线产生一定电压的电能，再通过调节设备采集脚踏板所产生的电能并将其储存起来用于车灯的供电。

1.2 创作目的

创作本作品主要是为了充分利用无用的能量，将其变成我们生活所需的能源——电能，在合理利用资源、节约成本的同时，也无任何垃圾，不污染环境。

1.3 功能性、实用性

本作品通过将踩踏时产生的压力转换成电能来利用能源，通过单片机对产生的电能进行调节并稳定输出，给车灯负载提供持续而稳定的电源。同时可通过按钮的方式选择自行车车灯的亮度模式，而储存的电量、车灯的状态等通过LCD128×64进行显示监控。

当前，能源问题日益严重，同时对于各种能源的需求也随着社会的发展日益增加。电能是一种应用普遍且不可或缺的能源，本产品可以在一定程度上产生电能，具有节约且合理利用其他能源的功效。

2 工作原理

本作品由MCU、电能产生装置、按钮模块、LCD显示模块、电源模块、调节模块、电能储存模块、车灯控制模块和车灯等九大部分组成，系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

本作品主要是通过电能产生装置产生脉冲，MCU采集电能产生装置的脉冲通过对调节模块的控制输出稳定的电压，并将采集到的电压进行储存，然后给自行车车灯供电。可通过按钮的方式选择自行车车灯的亮度模式，而储存的电量、车灯的状态等通过LCD128×64显示监控。

3 作品功能及特色

3.1 作品功能

本作品通过自行车脚踏板的踩踏产生的压力使永磁体切割磁感线圈产生电能给自行车车灯供电，能够有效减少电能的使用，减轻电力系统的负担，同时充分利用其他能源。

优点：操作简单，有效利用能源，较实用。

缺点：前期投入成本略高，技术不成熟，无法保证稳定性，电量较小。

3.2 作品特色

合理利用其他能源，减少有效能量的使用。

3.3 作品市场竞争力

随着社会的快速发展，电子信息产品快速更新，电力系统能源供应紧缺。本作品的设计充分减少了电能的使用，充分利用人们运动消耗的能量并转换为电能，减轻了能源供需的压力。同时，该作品价格低、成本低，应用范围广，有较好的社会效益。

因此，本作品在能源利用领域将会有很好的发展前景。

4 作品结构

4.1 硬件部分

本作品采用HT32F1765MCU为核心控制器，对电能产生装置产生的脉冲进行调节并输出稳定的电压；通过按钮的方式选择自行车车灯的亮度模式，并由LCD128×64显示自行车车灯当前的运行状态及电能的变化。

4.1.1 电能产生模块

该模块采用物理中的电磁感应原理，通过压力挤压永磁体切割与其连接的磁感线圈，产生一定电压的电能。逻辑产生电压（U）：4.5～5.5 V；工作温度（Ta）：0～55℃（常温）/-20～70℃（宽温）；保存温度（Stag）：-30～80℃。

4.1.2 调节模块

首先采集电能产生模块的脉冲信号，通过PWM调制输出电信号，然后将输出的电信号进行电变换，并将变换后的电能输送到电能储存模块给车灯供电。

4.1.3 电能储存模块

将电能产生模块产生的电能储存起来，为车灯供电。

4.2 软件部分

系统运行时，首先进行初始化，LCD显示启动；然后检测是否有脉冲产生，如果没有脉冲产生则继续检测，如果有脉冲产生则将脉冲信号转换成电信号并输出进行存储；然后检测按键选择，当选择按键一档时近光运行，当选择按键二档时则远光运行。系统运行流程图如图2所示。

5 结语

本作品采用压力势能发电，实现了对其他能源的利用；同时，实现了从骑行手携带电筒到自行车自带车灯的跨越。该作品操作简单、安全可靠、节能环保、实用性强。

图2 系统流程图