摘要：多功能應(yīng)急救援發(fā)電照明系統(tǒng)主要是由救援鞋、壓力發(fā)電裝置、太陽(yáng)能LED照明裝置、前端照明燈、電路板部分（儲(chǔ)能電池、電壓轉(zhuǎn)換器、照明燈控制系統(tǒng)和USB電能輸出）和救援帽，可調(diào)節(jié)照明燈等組成。當(dāng)有太陽(yáng)時(shí)，利用STC12C5410的太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)^[1]就會(huì)發(fā)電并儲(chǔ)存在救援帽上的儲(chǔ)電池中，天比較暗時(shí)，則可以利用起來照明。救援鞋是利用支撐桿來調(diào)節(jié)高度，上坡的時(shí)候高端在后，下坡的時(shí)候高端在前，以此來達(dá)到省力目的。救援帽上可調(diào)節(jié)照明燈是通過光敏電阻來進(jìn)行控制的，在光強(qiáng)處自行地熄滅，在光弱處自行地開啟，并可根據(jù)光的強(qiáng)度來調(diào)節(jié)亮度。

關(guān)鍵詞：救援鞋；壓力發(fā)電裝置；太陽(yáng)能發(fā)電裝置；救援帽

最近幾年以來，各種各樣的自然災(zāi)害不斷發(fā)生侵襲著人們的人生、財(cái)產(chǎn)安全。給人們帶來了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。在災(zāi)害發(fā)生的同時(shí)，各種救援措施的方法和技術(shù)決定了在救援實(shí)施的過程中的效率和速度以及結(jié)果。所以，這對(duì)救援設(shè)備的要求就比較高了，基于不同災(zāi)區(qū)、不同地形、不同情況的原因，危險(xiǎn)系數(shù)也是極大的，各種各樣的復(fù)雜情況更是影響救援效率的客觀原因，比如道路交通阻塞、電力輸送困難等等原因，使得被困人員的生命安全受到巨大威脅，與此同時(shí)，救援人員的效率提高相對(duì)緩慢。在交通不通暢和大型設(shè)備未到達(dá)災(zāi)區(qū)時(shí)，救援人員隨身攜帶的蓄電池很難堅(jiān)持長(zhǎng)時(shí)間供電，幾乎無法補(bǔ)給。因此設(shè)計(jì)制作出一種款便于攜帶、節(jié)能環(huán)保、能儲(chǔ)存足夠多的電能、能夠切實(shí)有效的改善救援的條件提高救援效率。

1.多功能發(fā)電照明系統(tǒng)主要功能和性能指標(biāo)

1.1 主要功能指標(biāo)

1.1.1 發(fā)電。多功能應(yīng)急救援發(fā)電照明系統(tǒng)的發(fā)電部位分為小型棘輪發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能發(fā)電板兩部分。棘輪發(fā)電機(jī)裝配在救援鞋上，每只鞋上四個(gè)。光照較好時(shí)，救援帽上的太陽(yáng)能電池可以進(jìn)行發(fā)電。

1.1.2 給予救援人員的安全保障。裝置后端的彈簧和發(fā)電機(jī)下的壓桿能夠在救援人員從高處跳下腳著地時(shí)起到緩沖的作用；發(fā)電機(jī)底部和地的接觸面積比較大，走路時(shí)更穩(wěn)定，也會(huì)更安全；利用體積小質(zhì)量輕的儲(chǔ)存電池，保障電能供應(yīng)；在夜間行走之時(shí)，可開啟救援帽上的LED照明燈以及救援鞋子上的前端的照明燈來提供照明，保障夜間行走的安全性。

1.1.3 使用時(shí)方便靈活。在使用時(shí)，只是較普通救援鞋鞋底增高一些，能夠根據(jù)坡度的不同來調(diào)節(jié)支撐桿端的高度，對(duì)行走不會(huì)造成阻礙，在電力充沛時(shí)，還能夠把發(fā)電裝置拆下，作為普通的救援鞋使用。

1.1.4 提供電源，具有多項(xiàng)應(yīng)用功能。能通過USB接口輸出電能，為隨身的一些設(shè)備（手機(jī)，呼叫機(jī)，GPS等）提供電能，保證正常的通訊等設(shè)施。

1.1.5 節(jié)能環(huán)保。當(dāng)光照過于強(qiáng)烈的時(shí)候，可以天正光照明燈讓其自行熄滅，當(dāng)光照過于昏暗的時(shí)候，照明燈自動(dòng)開啟后并根據(jù)光照的強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)照明燈的亮度。利用太陽(yáng)能發(fā)電，和人行走時(shí)產(chǎn)生的功，更加節(jié)能環(huán)保。

1.2 系統(tǒng)主要零件參數(shù)

發(fā)電裝置重量：400g；發(fā)電機(jī)額定輸出功率：0.1W；發(fā)電機(jī)最大輸出功率：0.2W；發(fā)電機(jī)額定電壓：5V；發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)：8個(gè)；發(fā)電機(jī)前端彈簧勁度系數(shù)：4300N/m；發(fā)電裝置后端彈簧勁度系數(shù)：650N/m；太陽(yáng)能LED照明燈單只：5w。

2.設(shè)計(jì)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顆既能防滑又可以起固定的釘子。4顆釘子不僅要滿足左右對(duì)稱，還必須要滿足上下對(duì)稱。

2.2 發(fā)電和照明裝置

2.2.1 發(fā)電機(jī)

具體的結(jié)構(gòu)形式如圖1，圖1發(fā)電機(jī)在棘齒飛輪（雙動(dòng)內(nèi)棘輪機(jī)構(gòu)）內(nèi)安裝環(huán)形磁環(huán)，線圈放在環(huán)形的磁環(huán)的內(nèi)圓地方，齒條背后側(cè)配合一個(gè)靠背輪，和一個(gè)增壓整流電路的電流板，環(huán)形磁鐵的磁極就在同一半徑處交替改變，采用齒條傳動(dòng)，來帶動(dòng)棘齒飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過雙動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)增大轉(zhuǎn)矩，從而帶動(dòng)加速器輸送給發(fā)電機(jī)發(fā)電。

2.2.2 發(fā)電機(jī)安裝裝置

安裝裝置由上下底板構(gòu)成，上下板上有支撐桿，四個(gè)發(fā)電機(jī)，四個(gè)釘槽，兩個(gè)彈簧槽以及彈簧孔和一個(gè)支撐桿孔組成。考慮到救援人員正常行走時(shí)的姿勢(shì)，前后發(fā)電機(jī)之間要保證有一定的距離，前面發(fā)電機(jī)同時(shí)起到支撐作用。釘槽讓救援鞋上的防滑釘能進(jìn)入到釘槽內(nèi)部并牢固的安裝在釘槽內(nèi)。支撐桿孔讓支撐桿實(shí)現(xiàn)來回上下運(yùn)動(dòng)。彈簧槽和孔將彈簧固定連接，使彈簧在發(fā)電時(shí)候起到拉緊和緩沖作用。

2.2.3 彈簧

彈簧簧絲直徑：d=2mm，彈簧直徑：D<20mm，高度h=55mm。當(dāng)發(fā)電裝置靜止的時(shí)候，處于拉伸彈簧的狀態(tài)，此時(shí)上板接觸下壓板；在行走過程中抬起腳步的時(shí)候，它的整個(gè)裝置被懸起的彈簧拉伸，上板與發(fā)電機(jī)下壓桿接觸；行走腳步落下時(shí)，彈簧均被壓縮。

2.2.4 支撐桿

低端桿和上端桿固定整個(gè)發(fā)電裝置，裝置能在桿槽內(nèi)上下自由滑動(dòng)，將其固定在桿槽的任何一個(gè)位置。桿槽背部有長(zhǎng)4cm左右的小型短袖，起到調(diào)節(jié)上板高度的作用。

2.2.4 救援帽和照明燈

救援帽為普通救援帽，距帽舌約50mm處有一個(gè)可調(diào)節(jié)照明燈（3個(gè)LED燈）以及可卸載的太陽(yáng)能發(fā)電板。可調(diào)節(jié)照明燈和太陽(yáng)能電池以及壓力發(fā)電機(jī)組成照明系統(tǒng)，采用STC12C5410芯片、應(yīng)用最大功率點(diǎn)追蹤原理提升太陽(yáng)能電池的效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED照明光源多功能、大范圍調(diào)光的控制和驅(qū)動(dòng)?？烧{(diào)光照明燈與救援帽用紐扣連接，在不需要時(shí)可以分開，作為照明手電筒使用。

2.2.5 儲(chǔ)電池部

儲(chǔ)電池部分由電路板模塊和蓄電池組成。電路板的集成度高，可以處理發(fā)電機(jī)提供的電能和太陽(yáng)能發(fā)電板提供的電能，把電完好的存放在蓄電池當(dāng)中，也可以轉(zhuǎn)換輸出的電能，為照明燈供電和USB接口輸出電能。

3.結(jié)論

在緊急救援行動(dòng)中，完善的照明系統(tǒng)能夠確保在各種情況下的盡可能安全救援。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)雙動(dòng)內(nèi)棘輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，使其方便攜帶，將救援人員運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)利用太陽(yáng)能發(fā)電雙管齊下確保用電充足。在救援人員因?yàn)榄h(huán)境因素從高處跳下時(shí)，發(fā)電裝置的彈簧還能夠起到緩沖作用，確保生命安全。設(shè)置USB接口，使得發(fā)電量不只是用于照明系統(tǒng)，還可以比其他小型配套設(shè)備提供電能。（作者單位：山西省孝義市應(yīng)急救援大隊(duì)）

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