趙 鑫，劉 姝，王振平

(沈陽工程學院 新能源學院，遼寧 沈陽 110136)

太陽能多功能嬰兒車設計

趙 鑫，劉 姝，王振平

(沈陽工程學院 新能源學院，遼寧 沈陽 110136)

針對家長推嬰兒車費時費力，同時難以應對四季炎熱寒冷的溫度變化和突發(fā)狀況的現(xiàn)狀，進行了太陽能多功能嬰兒車的研究。以嬰兒車為主體，加載太陽能供電系統(tǒng)以維持其它功能性軟硬件工作，配合智能系統(tǒng)控制完成各項目功能的正常運行，達到了便捷、省時、省力、環(huán)保和節(jié)能的目的。

太陽能；嬰兒車；加熱座椅；安全智能系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代科技發(fā)展，產品的智能化愈加重要，而另一個重要的就是環(huán)保，科技離不開環(huán)保。太陽能動力的加入無疑讓生活更便捷，更有效率。太陽能多功能嬰兒車在傳統(tǒng)嬰兒車的基礎上加入了多種智慧功能并添加智能控制元素讓復雜功能簡單化，方便家長學習使用，便捷于民。

1 整體設計方案

太陽能多功能嬰兒車的設計主要包括太陽能動力系統(tǒng)、智能多功能系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和控制系統(tǒng)4個部分組成。

1.1 太陽能動力系統(tǒng)

1)動力系統(tǒng)設計思路(見圖1)

2)動力總成設計方案

通過社會調查發(fā)現(xiàn)，一般嬰兒車的推動速度在2～4 km/h為最佳，所以所選動力總成要符合這一特點。于是選用6 V/Rs550/10齒數(shù)的小型電機配備低速w5-17齒輪變速箱，功率18 W。加裝在左右2個后輪上以保障平衡確保安全，配備調速電路以便調節(jié)轉速達到適中狀態(tài)，在保證動力的基礎上不會導致嬰兒車速度過快，提高了安全性。

圖1 動力系統(tǒng)設計流程圖

太陽能動力系統(tǒng)的設計主要包括太陽能電池、蓄電池和動力馬達。太陽能電池安裝于嬰兒車的遮陽棚上，采用輕質太陽能電池，減少了整車重量。為滿足太陽能多功能嬰兒車的續(xù)航，以滿足4 h續(xù)航時間為最優(yōu)條件，所需用電量為

Q動力≈18W×4 h=72 Wh

選擇6 V蓄電池直接為電機供電，蓄電池容量為

式中，C為蓄電池容量；DOD為蓄電池放電深度(取0.7)；K為蓄電池放電修正系數(shù)(取1.2為最佳)。因此，可以選擇3塊6 V/4.5 Ah的免維護鉛酸蓄電池組，成本不高，與選用電機搭配適宜，與車座之間有良好絕緣，能夠防止漏電意外。

3)動力光伏組件設計方案

為了保證動力系統(tǒng)的良好性能，決定采用獨立光伏系統(tǒng)對其供電，動力總成與其他負載分離開來獨立供電。動力系統(tǒng)太陽能電組件應保證轉換效率和充電效率，我國各省市的平均峰值日照時數(shù)大約在3.5至4.6之間，這里取平均值4，來應對不同地區(qū)的影響。傾斜角度可根據(jù)不同地區(qū)自行調節(jié)至最佳角度，用戶可根據(jù)產品說明書上的指導進行操作。計算光伏組件所需功率為

式中，K等于K1×K2，K1為直流修正系數(shù)，K2為充電修正系數(shù)，都取0.8。

考慮到嬰兒車的負重和占用面積問題，滿足上述要求的電池板過于龐大，結合實際情況，選用兩部分9 V/10 W的多晶硅太陽能電池板盡可能提高充電效率，降低后期成本的同時保證用戶的良好體驗。保留充電口，可接220V電源直接充電應對其他情況。

1.2 智能多功能系統(tǒng)

1)智能多功能系統(tǒng)設計思路(見圖2)

圖2 智能多功能系統(tǒng)設計流程

2)智能多功能系統(tǒng)功能設計方案

由于大豆根系的復雜性，對于公理以及產生式規(guī)則的提取，需要考慮主根的粗度及其隨時間的變化、側根的彎曲度及隨機性等因素，為了處理的方便，根系L系統(tǒng)在設計時區(qū)分了左右側根，具體L系統(tǒng)設計如下：

智能多功能系統(tǒng)包括座椅加熱、自動照明、自動風扇、奶瓶加熱和移動充電等功能。在嬰兒車的座椅中安裝加熱裝置，配合溫控電路，自動調節(jié)嬰兒的座椅溫度保證在寒冷的冬天始終保持在適宜溫度，也可關閉自動調節(jié)實現(xiàn)手動控制。自動照明功能保證在外界光線不足時可自動延時3 s才能開啟照明燈。嬰兒車內含監(jiān)測系統(tǒng)，以便監(jiān)測嬰兒車的車速、溫度、電量等數(shù)據(jù)，并在靠近車體后部的顯示屏上顯示以便家長查看。當溫度采集值低于溫度設定值范圍時，加熱片開始工作，當溫度高于溫度設定值范圍時，小風扇開始工作，當濕度低于濕度設定值范圍時，空氣加濕器開始工作，三者協(xié)調工作維持嬰兒車內部小環(huán)境的相對穩(wěn)定。奶瓶加熱功能可以實現(xiàn)奶瓶保溫和加熱，并且溫度可以自行調節(jié)，移動充電功能可為移動設備提供電源，方便家長使用。

3)智能多功能系統(tǒng)供電設計方案

為了達到節(jié)能低耗，控制成本的目的，所有用電器采用5 V供電，通過DC-DC電壓轉換模塊將蓄電池的電壓轉換為穩(wěn)定的5 V供電，各個用電器連接各自的整流器和獨立開關。

表1 負載列表

負載功率計算：

Q=Q1+Q2+…+Qn=1×4+2×4+9×1+5×1+7.4×2=42.8 Wh

蓄電池容量計算：

式中，C為蓄電池容量；DOD為蓄電池放電深度(取0.7)；K為蓄電池放電修正系數(shù)(取1.2為最佳)

所以同樣可以選用 6 V/4.5 Ah蓄電池組作為儲能元件，有效控制成本?？紤]到后期設計會增加負載，將蓄電池容量增大一些作為系統(tǒng)余量，減少后期改造成本。

1.3 安全系統(tǒng)和控制系統(tǒng)

1)安全系統(tǒng)功能設計方案

對于嬰兒車來說安全是第一位的，在結構上多功能嬰兒車包括支撐部分、座椅部分和存物部分等，并且可以處于折疊、座椅和躺椅3種狀態(tài)，方便嬰兒車的搬運，也可使嬰兒處于坐姿和躺臥2種姿勢，滿足嬰兒不同狀態(tài)的需要。采用四輪獨立避震設計，并且將輪子支撐的傾斜角度調大，增加穩(wěn)定性。扶手高度可調，并在扶手上加裝剎車控制器，以應對緊急情況，兒童安全帶警報裝置可在安全帶沒系好的時候發(fā)出聲響，提醒家長。

2 )控制系統(tǒng)功能設計方案

控制系統(tǒng)包括溫控、光控和無線控制，溫控和光控對應自動加熱和自動照明功能。無線控制可以讓家長利用手機的藍牙功能對嬰兒車的其他多功能設備進行操作，而且實現(xiàn)語音操作，使操作更加便捷有利。

圖3 藍牙控制界面

圖3左圖為軟件進入界面，右圖為參數(shù)設置界面。界面中“開”表示打開某電器，“關”表示關閉某電器，“點動”表示某電器的工作由開至關或由關至開的動作，這個動作過程可以在設置界面中修改，“關閉”表示電器先關閉再打開，點動的時間也可在設置界面中進行調整。延時時間表示，某電器由開至關或由關至開的這個動作過程需要的時間，可設定時間范圍為1～255 s，在APP界面輸入小于1的值時默認重置為1，輸入大于255的值時 默認重置為255。修改完參數(shù)后需要點擊保存，下次運行APP時參數(shù)具有保存上次設置的功能。

當點擊“手查”(手動查詢)按鍵后，會變?yōu)椤白圆椤?自動查詢)，表示當前智能開關模塊不再返回電器的任何狀態(tài)給手機APP(或模塊上的串行接口TXD)，此時模塊上的電器發(fā)生動作變化，APP上的按鍵將不會被更新。只有點擊“查詢”按鍵時，才能通知智能開關模塊返回一串電器當前工作狀態(tài)的信息。

2 多功能嬰兒車特點

該設計采用新能源太陽能作為動力清潔環(huán)保，具有輕便性、實用性、舒適性、安全性、自動性、節(jié)能性等特點，從而使嬰兒車能夠更好地滿足廣大人民群眾的需求，更快地引領嬰兒車市場。由于嬰兒車慢速移動的特點，因此動力方面不需要特別大的爆發(fā)力，只需柔和平順即可，基于此選用6 V/Rs550/10齒數(shù)的小型電機配備低速w5-17齒輪變速箱。為保證嬰兒車的平衡性，選擇后輪雙驅動模式，并配備調速電路以便調節(jié)轉速。

嬰兒車的儲能方面綜合成本和其他因素仍選用6 V、4.5 Ah的免維護鉛酸蓄電池，與選用電機搭配適宜。照明部分選用節(jié)能燈，可用LED材質，壽命長耗能少，加熱部分選用加熱墊和溫控開關并聯(lián)，當?shù)竭_設定溫度自動斷電。風扇處設計為包裹式，并加裝空氣過濾網，在保證不劃傷嬰兒前提下盡量提高空氣質量，并且可以加入觸摸式液晶屏操作，集成度較高，方便有效。由于加入蓄電池和電池板，整車的重量增加，因此在動力部分要考慮充分，車架要盡可能輕，讓搬運更加輕松一些。盡量減少車身的占地面積，以便在屋內放置。

3 結 語

該新型太陽能嬰兒車融合了傳統(tǒng)嬰兒車、太陽能技術及充電系統(tǒng)，不僅在設計制作上實現(xiàn)了各個子系統(tǒng)之間的可靠連接，還比較人性化的整合了嬰兒車，應用上添加加熱座椅、LED光控燈源、風扇等，設計簡單方便適合使用，而且在成本上有一定的優(yōu)勢。因此，太陽能嬰兒車具有較高的市場應用價值，為新能源技術提供了可觀的前景。

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(責任編輯 佟金鍇 校對 張 凱)

Design of Solar Multi-Function Baby Carriage

ZHAO Xin,LIU Shu,WANG Zhen-ping

(School of Renewable Energy,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

The solar multi-function baby carriage was designed to lessen the burden of parents and to respond to the four seasons' temperature change and some unforeseen circumstances.The solar power supply system was installed in the baby carriage to maintain the function of hardware and software and to ensure the normal operation of the intelligent control system to complete a variety of functions so as to achieve convenient,time-saving,labor-saving,environmental protection and energy saving.

solar；multi-function；nursing bottle；heating seat；safety intelligent system

2016-11-02

趙 鑫(1994-)，男，遼寧朝陽人。

劉 姝(1973-)，女，遼寧凌源人，講師，博士，主要從事新能源科學方面的研究。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.01.003

TK511

A

1673-1603(2017)01-0011-04