王正優(yōu)，趙建川，黃菊香，蔡鵬霄，劉 鮮，楊 澳

（貴州師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與大數(shù)據(jù)學(xué)院，貴州 貴陽 550018）

0 引言

騎行車輛離不開保護人們頭部安全的頭盔，現(xiàn)有騎行頭盔分為全罩式與半罩式兩種。半罩式頭盔雖然透氣性強，但是不能過濾空氣中對人體有害的粉塵及細菌，且安全性低；全罩式頭盔相較于半罩式安全性變高，但是也存在頭盔內(nèi)部的空氣流通性變差，且空氣沒有進行過濾等不足。本文因此將改善上述頭盔的不足及對綠色可再生能源的利用作為研發(fā)的主方向。太陽能主動式空氣過濾頭盔是一款集太陽能供電、電源管理、頭盔內(nèi)部溫度檢測、主動式進氣、空氣過濾為一體的多功能全面罩騎行頭盔，在保護頭部的同時還能過濾空氣中的有害物質(zhì)[1-2]。

1 太陽能主動式空氣過濾頭盔的原理

太陽能主動式空氣過濾頭盔的原理設(shè)計[3]由供電管理以及降溫處理兩大部分組成。光伏發(fā)電板、電源管理電路、蓄電池構(gòu)成充電管理模塊。光伏發(fā)電板將光能轉(zhuǎn)換為電能儲存在蓄電池中，電源管理電路給降溫處理系統(tǒng)供電；降溫處理系統(tǒng)以STC系列芯片為主控，溫度傳感器塊將檢測到的頭盔內(nèi)部溫度與設(shè)定的溫度對比，當(dāng)達到開啟降溫處理的條件時開啟風(fēng)扇，增加空氣流動性，以達到主動進氣及降低溫度的效果，同時頭盔內(nèi)部的溫度通過OLED顯示屏實時顯示。太陽能主動式空氣過濾頭盔原理如圖1所示。

2 太陽能主動式空氣過濾頭盔的硬件設(shè)計

2.1 電源電路設(shè)計

本系統(tǒng)的電源電路[4]由光伏發(fā)電板、BQ2057充電管理芯片、PNP三極管、電池、電阻、LED等元器件組成。光伏發(fā)電板將光能轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)對綠色能源的有效利用。通過BQ2057以及外電路構(gòu)成電源充電管理電路，實現(xiàn)對蓄電池的充電管理；蓄電池電力不足時開啟充電模式，當(dāng)蓄電池充滿電后自行結(jié)束充電模式。電源電路設(shè)計如圖2所示。

圖2 電源電路設(shè)計

2.2 主動換氣控制電路設(shè)計

本換氣控制電路利用DS18B20檢測頭盔內(nèi)部溫度，當(dāng)檢測到頭盔內(nèi)部溫度達到設(shè)定溫度時，啟動風(fēng)扇P1、P2，將外界空氣由換氣罩側(cè)部的換氣孔抽入換氣罩內(nèi)，經(jīng)濾棉活性炭過濾網(wǎng)過濾后，再由風(fēng)扇的出風(fēng)口導(dǎo)出，然后進入頭盔本體內(nèi)腔空氣。主動換氣控制電路設(shè)計如圖3所示。

圖3 主動換氣控制電路設(shè)計

3 太陽能主動式空氣過濾頭盔結(jié)構(gòu)設(shè)計

太陽能主動式空氣過濾頭盔包括基礎(chǔ)組件和換氣組件。

基礎(chǔ)組件包括頭盔本體和護目鏡，頭盔本體上開設(shè)有觀察口，護目鏡鉸接在所述觀察口外側(cè)。換氣組件包括太陽能軟板、蓄電池、溫控開關(guān)、換氣罩、活性炭過濾網(wǎng)、固定架和風(fēng)扇；頭盔本體側(cè)部貫穿開設(shè)有開口，換氣罩固定在開口外側(cè)；換氣罩側(cè)部貫穿開設(shè)有換氣孔，活性炭過濾網(wǎng)和固定架固定在換氣罩內(nèi)腔，風(fēng)扇安裝在固定架上。

整個系統(tǒng)利用活性炭過濾網(wǎng)與換氣孔和外界進行空氣交換。在換氣過程中，利用活性炭濾網(wǎng)層吸附汽車廢氣中的有機揮發(fā)物以及過濾空氣中對人體有害的粉塵及細菌，同時系統(tǒng)內(nèi)部搭微型風(fēng)扇，在對吸入空氣進行凈化的同時能夠增大頭盔內(nèi)部空氣流通量。太陽能主動式空氣過濾頭盔結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4所示。

圖4 太陽能主動式空氣過濾頭盔結(jié)構(gòu)設(shè)計

4 結(jié)語

太陽能主動式空氣過濾頭盔可以在短時間內(nèi)對頭盔內(nèi)部進行空氣交換，在空氣交換的過程中還能過濾粉塵，同時將太陽光儲存起來作為蓄電裝置，這樣既達到環(huán)保低碳的效果又能很好地保障人們的健康和安全，從而更有利于人們的出行，所以本文的研究將有很好的實用意義和前景。