自产电非牛顿流体LED警示减速带的设计与研究

王凯达 穆文英 张连昊 逄付豪 崔云超

摘  要：现有减速带在车辆慢速驶过时仍有较强的颠簸感，并且道路能见度较低时，它容易“隐身”造成危险。本设计利用太阳能产电供给警示灯工作，将LED发光二极管与减速带相结合，提出可形变非牛顿流体减速带，使得减速带更加显眼、安全，并且可以在自发电的情况下长期工作。

关键词：非牛顿流体;可形变减速带;交通安全;自产电

中图分类号：U417.9 文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2019）23-0048-03

Abstract： The existing deceleration belt still has a strong sense of turbulence when the vehicle passes slowly， and when the visibility of the road is low， it is easy to be "invisible" and cause danger. In this design， the solar energy is used to supply the warning lamp， and the LED light emitting diode is combined with the deceleration belt， thus the paper puts forward the deformable non-Newtonian fluid reducer belt， which makes the reducer belt more conspicuous and safe， and can work for a long time under the condition of self-generating electricity.

Keywords： non-Newtonian fluid; deformable deceleration zone; traffic safety; self-generated electricity

1 概述

随着我国经济的发展，人民的生活质量不断提高，拥有私家车的家庭也不断增多，由此带来各种隐患，其中最主要的是超速问题，10次车祸9次快，因而设置减速标志和减速装置尤为重要。因此我们提出了安全警示减速带，该减速带利用光敏模块控制安全警示灯在能见度较低时发光，起到警示驾驶员减速的作用。

本设计通过对传统的减速带进行改进，采用非牛頓流体制作减速带，减少车辆慢速颠簸感，将LED发光二极管与减速带相结合，并运用太阳能给LED灯供电，使得减速带更加显眼，并且可以在自发电的情况下长期工作，具有较好的推广前景。

2 设计思路

减速带除了具有使机动车减速的实际功能外，还应考虑使用者的感受及其与整体环境的协调性[1]。自产电非牛顿流体LED警示减速带最基本的产能、储能和发光的基本装置由太阳能、蓄电池和LED发光二极管组成。

太阳能电池板安装在减速带两侧，固定在减速带的两边的铁条上，储电部分放在减速带外的保护装置内部，LED发光二极管镶嵌于减速带表面，由光敏电阻控制LED发光二极管的亮灭。

光伏发电是利用太阳能电池有效吸收太阳光辐射能并使之转化成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流[2]。由于光线的原因，在白天由于光敏电阻的作用，电路不工作，仅由减速带的主体非牛顿流体工作，夜晚光线变暗，光敏电阻控制电路开启发光二极管发光以起到警示作用，其工作流程如图1所示。

3 设计方案

3.1 电路部分

本设计的电路部分主要包括太阳能板、PWM太阳能控制器、光敏控制电路、蓄电池以及安全警示灯。太阳能板接收光能后，将光能转化为电能，经过PWM太阳能控制器的整流稳压给蓄电池充电;当减速带运行时，电能经稳压充放电模块作用于光控部分，来控制警示灯的点亮和熄灭。

3.1.1 太阳能储电部分

为了便于安装太阳能板，我们选用的尺寸为120mm*38mm，这样易于将太阳能板安装在减速带两侧的金属凹槽内对其加以保护，又不会影响太阳能板的正常工作。首先将八块同等规格的太阳能板串联，再将其并联，这样峰值电压可达到24V，峰值电流可达到200mA。

3.1.2 光控部分

在一定温度范围内，CdS光敏电阻的伏安特性对温度变化的敏感度不高，仍具有较好的线性特征。电池板输出功率会随着电压的增加，先增大再减小;而且随着光照强度的增强而增大和温度的升高而减小[3]。当工作环境温度超过100℃时，则有较明显的影响。但对型号GL5528与GL12549的CdS光敏电阻而言，仍具有良好的线性。故在选材时，若要排除温度影响，则应优先考虑。

3.2 机械部分

该减速带主体部分主要由橡胶保护层、弹性橡胶管道和非牛顿流体三部分构成。另外在减速带两侧设计了在能见度较低时可以发光警示的安全警示灯，由太阳能板和压电陶瓷为其提供电力支持。太阳能板和压电陶瓷安置在金属条凹槽内，对其加以保护。作品外观如图2所示。

近年来非牛顿流体型减阻剂在石油开采、原油和浆体型物料的长距离管道输送中起到了明显的减阻增输和节能作用[4]。也有文章指出在消防水中添加少量聚乙烯氧化物，可使消防车龙头喷出水的扬程提高1倍以上[5]。高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体。本设计的非牛顿流体部分采用的是生活中较常见的淀粉与水按照2：1的比例制成的。考虑到会发生沉淀现象，我们针对沉淀问题进行了防沉淀实验。

选择的防沉淀剂种类有：硅酸镁铝MYGeL-EB2、硅酸镁铝PT-XC59F、硬脂酸。将等量淀粉和水按照2：1的比例混合装在四个同等规格的烧杯中分别用标签标注硅酸镁铝MYGeL-EB2、硅酸镁铝PT-XC59F、硬脂酸和空白对照。将三种防沉淀剂按照10：1的比例分别加入对应的烧杯中。效果如图3所示。