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摘要：多功能应急救援发电照明系统主要是由救援鞋、压力发电装置、太阳能LED照明装置、前端照明灯、电路板部分（储能电池、电压转换器、照明灯控制系统和USB电能输出）和救援帽，可调节照明灯等组成。当有太阳时，利用STC12C5410的太阳能LED照明系统[1]就会发电并储存在救援帽上的储电池中，天比较暗时，则可以利用起来照明。救援鞋是利用支撑杆来调节高度，上坡的时候高端在后，下坡的时候高端在前，以此来达到省力目的。救援帽上可调节照明灯是通过光敏电阻来进行控制的，在光强处自行地熄灭，在光弱处自行地开启，并可根据光的强度来调节亮度。
关键词：救援鞋；压力发电装置；太阳能发电装置；救援帽
最近几年以来，各种各样的自然灾害不断发生侵袭着人们的人生、财产安全。给人们带来了巨大的生命和財产损失。在灾害发生的同时，各种救援措施的方法和技术决定了在救援实施的过程中的效率和速度以及结果。所以，这对救援设备的要求就比较高了，基于不同灾区、不同地形、不同情况的原因，危险系数也是极大的，各种各样的复杂情况更是影响救援效率的客观原因，比如道路交通阻塞、电力输送困难等等原因，使得被困人员的生命安全受到巨大威胁，与此同时，救援人员的效率提高相对缓慢。在交通不通畅和大型设备未到达灾区时，救援人员随身携带的蓄电池很难坚持长时间供电，几乎无法补给。因此设计制作出一种款便于携带、节能环保、能储存足够多的电能、能够切实有效的改善救援的条件提高救援效率。
1.多功能发电照明系统主要功能和性能指标
1.1 主要功能指标
1.1.1 发电。多功能应急救援发电照明系统的发电部位分为小型棘轮发电机和太阳能发电板两部分。棘轮发电机装配在救援鞋上，每只鞋上四个。光照较好时，救援帽上的太阳能电池可以进行发电。
1.1.2 给予救援人员的安全保障。装置后端的弹簧和发电机下的压杆能够在救援人员从高处跳下脚着地时起到缓冲的作用；发电机底部和地的接触面积比较大，走路时更稳定，也会更安全；利用体积小质量轻的储存电池，保障电能供应；在夜间行走之时，可开启救援帽上的LED照明灯以及救援鞋子上的前端的照明灯来提供照明，保障夜间行走的安全性。
1.1.3 使用时方便灵活。在使用时，只是较普通救援鞋鞋底增高一些，能够根据坡度的不同来调节支撑杆端的高度，对行走不会造成阻碍，在电力充沛时，还能够把发电装置拆下，作为普通的救援鞋使用。
1.1.4 提供电源，具有多项应用功能。能通过USB接口输出电能，为随身的一些设备（手机，呼叫机，GPS等）提供电能，保证正常的通讯等设施。
1.1.5 节能环保。当光照过于强烈的时候，可以天正光照明灯让其自行熄灭，当光照过于昏暗的时候，照明灯自动开启后并根据光照的强弱自动调节照明灯的亮度。利用太阳能发电，和人行走时产生的功，更加节能环保。
1.2 系统主要零件参数
发电装置重量：400g；发电机额定输出功率：0.1W；发电机最大输出功率：0.2W；发电机额定电压：5V；发电机个数：8个；发电机前端弹簧劲度系数：4300N/m；发电装置后端弹簧劲度系数：650N/m；太阳能LED照明灯单只：5w。
2.设计方案
2.1 救援鞋
鞋底以上和普通救援鞋相同，只是在鞋底增加4颗既能防滑又可以起固定的钉子。4颗钉子不仅要满足左右对称，还必须要满足上下对称。
2.2 发电和照明装置
2.2.1 发电机
具体的结构形式如图1，图1发电机在棘齿飞轮（双动内棘轮机构）内安装环形磁环，线圈放在环形的磁环的内圆地方，齿条背后侧配合一个靠背轮，和一个增压整流电路的电流板，环形磁铁的磁极就在同一半径处交替改变，采用齿条传动，来带动棘齿飞轮转动，经过双动棘轮机构增大转矩，从而带动加速器输送给发电机发电。
2.2.2 发电机安装装置
安装装置由上下底板构成，上下板上有支撑杆，四个发电机，四个钉槽，两个弹簧槽以及弹簧孔和一个支撑杆孔组成。考虑到救援人员正常行走时的姿势，前后发电机之间要保证有一定的距离，前面发电机同时起到支撑作用。钉槽让救援鞋上的防滑钉能进入到钉槽内部并牢固的安装在钉槽内。支撑杆孔让支撑杆实现来回上下运动。弹簧槽和孔将弹簧固定连接，使弹簧在发电时候起到拉紧和缓冲作用。
2.2.3 弹簧
弹簧簧丝直径：d=2mm，弹簧直径：D<20mm，高度h=55mm。当发电装置静止的时候，处于拉伸弹簧的状态，此时上板接触下压板；在行走过程中抬起脚步的时候，它的整个装置被悬起的弹簧拉伸，上板与发电机下压杆接触；行走脚步落下时，弹簧均被压缩。
2.2.4 支撑杆
低端杆和上端杆固定整个发电装置，装置能在杆槽内上下自由滑动，将其固定在杆槽的任何一个位置。杆槽背部有长4cm左右的小型短袖，起到调节上板高度的作用。
2.2.4 救援帽和照明灯
救援帽为普通救援帽，距帽舌约50mm处有一个可调节照明灯（3个LED灯）以及可卸载的太阳能发电板。可调节照明灯和太阳能电池以及压力发电机组成照明系统，采用STC12C5410芯片、应用最大功率点追踪原理提升太阳能电池的效率，实现对LED照明光源多功能、大范围调光的控制和驱动。可调光照明灯与救援帽用纽扣连接，在不需要时可以分开，作为照明手电筒使用。
2.2.5 储电池部
储电池部分由电路板模块和蓄电池组成。电路板的集成度高，可以处理发电机提供的电能和太阳能发电板提供的电能，把电完好的存放在蓄电池当中，也可以转换输出的电能，为照明灯供电和USB接口输出电能。
3.结论
在紧急救援行动中，完善的照明系统能够确保在各种情况下的尽可能安全救援。本系统的设计中，对双动内棘轮发电机进行改进，使其方便携带，将救援人员运动的机械能转换为电能，同时利用太阳能发电双管齐下确保用电充足。在救援人员因为环境因素从高处跳下时，发电装置的弹簧还能够起到缓冲作用，确保生命安全。设置USB接口，使得发电量不只是用于照明系统，还可以比其他小型配套设备提供电能。（作者单位：山西省孝义市应急救援大队）
参考文献：
[1]李彩霞.多功能救援发电鞋.中国.ZL 2010 2 0275804.2011.1
[2]李彩霞.功能救援发电照明系统的研究设计[J].中国农机化.2012.6
[2]秦曾煌.电工技术[M].高等教育出版社，2004：150-153.
[3]濮良贵.机械设计（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2008：151～158.
[4]张建中.机械设计基础[M].北京：人民教育出版社，2008：90-93.
[5]杜玲艳.詹旭.基于STC12C5410的太阳能LED照明系统设计.电子与封装. 2012.9
关键词：救援鞋；压力发电装置；太阳能发电装置；救援帽
最近几年以来，各种各样的自然灾害不断发生侵袭着人们的人生、财产安全。给人们带来了巨大的生命和財产损失。在灾害发生的同时，各种救援措施的方法和技术决定了在救援实施的过程中的效率和速度以及结果。所以，这对救援设备的要求就比较高了，基于不同灾区、不同地形、不同情况的原因，危险系数也是极大的，各种各样的复杂情况更是影响救援效率的客观原因，比如道路交通阻塞、电力输送困难等等原因，使得被困人员的生命安全受到巨大威胁，与此同时，救援人员的效率提高相对缓慢。在交通不通畅和大型设备未到达灾区时，救援人员随身携带的蓄电池很难坚持长时间供电，几乎无法补给。因此设计制作出一种款便于携带、节能环保、能储存足够多的电能、能够切实有效的改善救援的条件提高救援效率。
1.多功能发电照明系统主要功能和性能指标
1.1 主要功能指标
1.1.1 发电。多功能应急救援发电照明系统的发电部位分为小型棘轮发电机和太阳能发电板两部分。棘轮发电机装配在救援鞋上，每只鞋上四个。光照较好时，救援帽上的太阳能电池可以进行发电。
1.1.2 给予救援人员的安全保障。装置后端的弹簧和发电机下的压杆能够在救援人员从高处跳下脚着地时起到缓冲的作用；发电机底部和地的接触面积比较大，走路时更稳定，也会更安全；利用体积小质量轻的储存电池，保障电能供应；在夜间行走之时，可开启救援帽上的LED照明灯以及救援鞋子上的前端的照明灯来提供照明，保障夜间行走的安全性。
1.1.3 使用时方便灵活。在使用时，只是较普通救援鞋鞋底增高一些，能够根据坡度的不同来调节支撑杆端的高度，对行走不会造成阻碍，在电力充沛时，还能够把发电装置拆下，作为普通的救援鞋使用。
1.1.4 提供电源，具有多项应用功能。能通过USB接口输出电能，为随身的一些设备（手机，呼叫机，GPS等）提供电能，保证正常的通讯等设施。
1.1.5 节能环保。当光照过于强烈的时候，可以天正光照明灯让其自行熄灭，当光照过于昏暗的时候，照明灯自动开启后并根据光照的强弱自动调节照明灯的亮度。利用太阳能发电，和人行走时产生的功，更加节能环保。
1.2 系统主要零件参数
发电装置重量：400g；发电机额定输出功率：0.1W；发电机最大输出功率：0.2W；发电机额定电压：5V；发电机个数：8个；发电机前端弹簧劲度系数：4300N/m；发电装置后端弹簧劲度系数：650N/m；太阳能LED照明灯单只：5w。
2.设计方案
2.1 救援鞋
鞋底以上和普通救援鞋相同，只是在鞋底增加4颗既能防滑又可以起固定的钉子。4颗钉子不仅要满足左右对称，还必须要满足上下对称。
2.2 发电和照明装置
2.2.1 发电机
具体的结构形式如图1，图1发电机在棘齿飞轮（双动内棘轮机构）内安装环形磁环，线圈放在环形的磁环的内圆地方，齿条背后侧配合一个靠背轮，和一个增压整流电路的电流板，环形磁铁的磁极就在同一半径处交替改变，采用齿条传动，来带动棘齿飞轮转动，经过双动棘轮机构增大转矩，从而带动加速器输送给发电机发电。
2.2.2 发电机安装装置
安装装置由上下底板构成，上下板上有支撑杆，四个发电机，四个钉槽，两个弹簧槽以及弹簧孔和一个支撑杆孔组成。考虑到救援人员正常行走时的姿势，前后发电机之间要保证有一定的距离，前面发电机同时起到支撑作用。钉槽让救援鞋上的防滑钉能进入到钉槽内部并牢固的安装在钉槽内。支撑杆孔让支撑杆实现来回上下运动。弹簧槽和孔将弹簧固定连接，使弹簧在发电时候起到拉紧和缓冲作用。
2.2.3 弹簧
弹簧簧丝直径：d=2mm，弹簧直径：D<20mm，高度h=55mm。当发电装置静止的时候，处于拉伸弹簧的状态，此时上板接触下压板；在行走过程中抬起脚步的时候，它的整个装置被悬起的弹簧拉伸，上板与发电机下压杆接触；行走脚步落下时，弹簧均被压缩。
2.2.4 支撑杆
低端杆和上端杆固定整个发电装置，装置能在杆槽内上下自由滑动，将其固定在杆槽的任何一个位置。杆槽背部有长4cm左右的小型短袖，起到调节上板高度的作用。
2.2.4 救援帽和照明灯
救援帽为普通救援帽，距帽舌约50mm处有一个可调节照明灯（3个LED灯）以及可卸载的太阳能发电板。可调节照明灯和太阳能电池以及压力发电机组成照明系统，采用STC12C5410芯片、应用最大功率点追踪原理提升太阳能电池的效率，实现对LED照明光源多功能、大范围调光的控制和驱动。可调光照明灯与救援帽用纽扣连接，在不需要时可以分开，作为照明手电筒使用。
2.2.5 储电池部
储电池部分由电路板模块和蓄电池组成。电路板的集成度高，可以处理发电机提供的电能和太阳能发电板提供的电能，把电完好的存放在蓄电池当中，也可以转换输出的电能，为照明灯供电和USB接口输出电能。
3.结论
在紧急救援行动中，完善的照明系统能够确保在各种情况下的尽可能安全救援。本系统的设计中，对双动内棘轮发电机进行改进，使其方便携带，将救援人员运动的机械能转换为电能，同时利用太阳能发电双管齐下确保用电充足。在救援人员因为环境因素从高处跳下时，发电装置的弹簧还能够起到缓冲作用，确保生命安全。设置USB接口，使得发电量不只是用于照明系统，还可以比其他小型配套设备提供电能。（作者单位：山西省孝义市应急救援大队）
参考文献：
[1]李彩霞.多功能救援发电鞋.中国.ZL 2010 2 0275804.2011.1
[2]李彩霞.功能救援发电照明系统的研究设计[J].中国农机化.2012.6
[2]秦曾煌.电工技术[M].高等教育出版社，2004：150-153.
[3]濮良贵.机械设计（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2008：151～158.
[4]张建中.机械设计基础[M].北京：人民教育出版社，2008：90-93.
[5]杜玲艳.詹旭.基于STC12C5410的太阳能LED照明系统设计.电子与封装. 2012.9