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本装置主要由压力发电模块、倍压模块、整流稳压模块，电能储蓄模块、电能传输模块、照明模块、充电模块、电压绝缘模块和重力缓冲模块组成。

利用人行走过程中脚部上下位移的变化使线圈切割磁感线将重力做功转化为电能，实现夜间照明和对小功率用电器的充电。

该装置绝缘模块保护人体不受电压影响，缓冲气垫置于鞋底，让人们在活动时更加舒适、安全、便捷。

关键词：

压力发电装置、磁感线、倍压整流电路、手机充电

第一章概述

1.1研究背景及意义

随着当今通讯技术日益发达，可反复使用的可充电电池的需求量在全球范围内急剧增长，特别是锂离子系列的可充电电池，需求量更是大幅增长。

给成千上亿支的可充电电池充电，其消耗的电能总和是惊人的。

如果人们使用可充电电池，并穿上一种发电鞋，那么在行走运动时就自然而然地给电池充电。

那么，可以清楚地联想到绿色发电环保鞋的益处：

不仅节约能源、降低排放，而且还减少了一次性电池对环境的污染。

除此之外，近年来自然灾害频繁发生，该发电鞋可得到广泛应用。

例如，在地震灾区，电线网络已被破坏或者电力异常紧张的时候，利用一种发电鞋便可解决晚间的照明问题、对小功率用电器的充电问题。

结合现实社会的需求，在多方面的考虑之下，我们设计出了绿色发电环保鞋。

目前有资料披露：

有一种利用人们行走运动，踩踏齿条上下运动，齿条带动齿轮旋转并联动电机发电的压力发电鞋。

但因其机械传动所产生的摩擦发热、磨损快、噪音大使其效率低、寿命短。

本发明使用的压力发电装置采用整体结构，减少了机械传动所产生的摩擦，发电效率高，噪声小。

、

1.2设计方案

我们的基本设计思路是，当行走时，人的脚和鞋底之间会产生一小段间隙，为了利用这种上下起伏的位移，在这一间隙之间安装上压力发电力装置，人脚就会挤压发电装置，带动装置中的永磁体产生上下移动，使线圈内的磁芯不断变换磁极从而切割磁感线产生电能并在鞋内整合了倍压模块、整流滤波模块、可充电电池、发光装置以及USB充电接口，实现了对所产电能的充分利用，并为日常生活提供了便利。

第二章各种模块的介绍与组合

2.1压力发电模块

在一绕有绝缘线圈的软磁芯上下两侧放置两个永磁体。

当人的脚跟上下移动时，通过压力传导装置使上侧永磁体也随着上下运动，使软磁芯极不断产生变化，从而达到使绝缘线圈切割磁感线发电的目的。

由于上下强磁磁性相同，互相排斥，可有效缓冲人走路时地面给予的反作用力，让人感到更加舒适。

该方式制作简单，可操作性强，发电效率高

1.永磁体；

2.压力传导板；

3.线圈；

4.软磁芯；

5.永磁体；

6.弹力装置；

7.导槽；

8.弹力装置；

9.导槽

2.2升压电路模块

该倍压电路由简单器件二极管、电容组成。

利用二极管的单向导通特性和电容器的充放电功能制作一种简单易行的升压电路。

此充电电路在保证其电流可以满足条件的情况下，可使电压放大四倍。

将倍压电流输送给整流滤波电路。

升压电路图下图所示

升压电路图

2.3整流滤波电路模块

整流滤波电路由全桥整流堆、电解电容和稳压芯片7805组成。

其工作原理：

整流电路在工作时，电路中的四只二极管都是作为开关运用。

当正半周时，二极管D1、D3导通（D2、D4截止），在负载电阻上得到正弦波的正半周；

当负半周时，二极管D2、D4导通（D1、D3截止），在负载电阻上得到正弦波的负半周。

在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

单相桥式整流电路的电流与电压波形见下图

。

整流滤波模块

3.4电能充放电模块

两节锂电池的充放电保护电路如图一所示。

由两个场效应管和专用保护集成块S--8232组成，过充电控制管FET2和过放电控制管FET1串联于电路，由保护IC监视电池电压并进行控制，当电池电压上升至4.2V时，过充电保护管FET1截止，停止充电。

为防止误动作，一般在外电路加有延时电容。

当电池处于放电状态下，电池电压降至2.55V时，过放电控制管FET1截止，停止向负载供电。

过电流保护是在当负载上有较大电流流过时，控制FET1使其截止，停止向负载放电，目的是为了保护电池和场效应管。

过电流检测是利用场效应管的导通电阻作为检测电阻，监视它的电压降，当电压降超过设定值时就停止放电。

在电路中一般还加有延时电路，以区分浪涌电流和短路电流。

该电路功能完善，性能可靠，但专业性强，且专用集成块不易购买，业余爱好者不易仿制。

2.5照明模块

设计此种运动发电鞋主要用于对一些小功率用电器（手机、MP3、MP4、iPod音乐播放器等）的实时充电。

但是有些时侯可以有多余的电能来实现夜晚的照明作用，方便人们的生活。

此电路模块的主要核心元件就是光敏元件，它会随着光照的变化而变化其对应的阻抗。

从而控制电信号的强弱，只要电信号的强度达到一定的程度才会导通工作，从而使照明电路工作。

我们所设计制作的这种绿色发电环保鞋没有机械传动，其发电装置无机械部件直接接触，从而克服了前述齿条、齿轮和电机联动发电的压力发电鞋有摩擦发热、磨损快、噪音大和做功行程距离大等不足。

其体积小，效率高，便于安装，可操作性强。

第三章计算理论值

3.1升压电路部分

如图升压电路图所示，设输入电压为u2，则输出的电压为4倍u2。

例如：

若输出电压为1.8V,则输出的电压为7.2V。

3.2稳压电路计算

所输入的电压通过升压电路的升压之后，还要通过稳压电路的稳压。

当电压通过拥有三端稳压器7805的电路之后，转换成稳定的5V直流电压，就可以给蓄电池供电。

第四章工作原理及性能分析

当人们行走或者跑步时，作用于地面的挤压力和反作用力会对鞋底产生上下起伏的位移，利用这种上下起伏的位移，带动永磁铁上下移动，使固定线圈内的软磁体不断改变磁极而达到切割线圈以产生电能的压力发电器。

装配上倍压模块、整流滤波模块、可充电电池、发光元件、开关、小型插口，然后安装在鞋子上做成绿色发电环保鞋。

再在鞋子里安装上信号发射装置，当人们遇到地震、洪涝等灾害时，便可即时发出求救信号，以便搜救人员进行搜救。

只要人们在行走，便有电能产生。

若每天步行5公里，则在这一周左右的时间里，所产生的电能便能够充满一块容量为1050mAh的手机电池。

鞋内磁力缓冲装置，让人在活动中更加舒适。

第五章选取合适的材料

通过理论验证了此种鞋子制造的可信性，现在要对其进行选材等后续方面的工作。

通过实际生活可知，选鞋的材料必定要满足健康行，舒适性，环保性和经济性等等基本方面的要求。

所以综上所述，我们找到一种材料能搞基本满足这些要求。

聚氨酯是聚氨基甲酸脂的简称，英文名称是polyurethane，它是一种高分子材料。

聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。

产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空等。

聚氨酯鞋底具有诸多优点：

密度低，质地柔软，穿着舒适轻便；

尺寸稳定性好，储存寿命长；

优异的耐磨性能、耐挠曲性能；

优异的减震、防滑性能；

较好的耐温性能；

良好的耐化学品性能等等。

聚氨酯多用于制造高档皮鞋、运动鞋、旅游鞋等。

聚氨酯材料综合性能很好。

不仅其强度高、弹性高、压缩强度高，抗撕裂性能优异，耐磨、耐氧及臭氧、耐溶剂（如非极性溶剂己烷、庚烷、石蜡油等，对于极性溶剂聚氨酯几乎没有任何作用，甚至在高温条件下，聚氨酯在非极性溶剂中的溶胀也很小），而且质量轻，对于鞋的轻量化设计很有意义。

设计总结

本发明挖掘出了人类社会生产、生活领域中尚未加以利用的绿色能源，在节约能源的同时实现低排放，符合当今社会对绿色、节能、低碳产品的新要求。

在设计上，创意新颖。

打破了利用太阳能等绿色发电的常规方法，而运用压力发电。

充分考虑到环保节能等方面因素的同时，力求开辟绿色发电新途径，降低投入成本。

考虑到产品的舒适性，安装磁力缓冲装置，选择聚氨酯作为鞋底材料，增加了减震效果。

在选材上，所选材料均为电子电路中最常见、普通的元器件，力求提高其性价比。

发电机采用手工制作，结构简单，操作性强，效率较高。

在应用上，本设计可广泛用于人们在户外活动时的夜间照明和对小功率用电器的实时充电，也可以供给地震灾区野战军和人们在晚间使用。

通过两个星期的创新训练课程设计，让我们的思维发散的更为广阔，同时更会注意平时生活中的各种细节，通过创新训练来改善我们生活的品质。

能够顺利的做出论文离不开指导老师的悉心教导，从想出思路到完成整个课程设计指导老师都给与我许多珍贵的改进意见，在此，由衷的向指导老师说句“谢谢您，您幸苦了！

”

　　　　　　　　参考文献

[1]秦曾煌.《电工技术》

[2]王兆安.黄俊.电力电子技术.机械工业出版社.2000

[3]冯玉生.李宏.电力电子变流装置典型应用实例.机械工业出版社.2008.3

[4]夏德钤.自动控制理论.机械工业出版社,2000.5

[5]冯嘉雪.发展可再生能源：

优化中国能源结构的必然选择.产经网-中国工业报，2004

[6]顾树华，张希良，王革华.能源利用与可持续发展.北京：

能源出版社，2001

[7]电子电路图站：