大学生科技创新大赛项目复习课程.doc
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1、此文档仅供收集于网络,如有侵权请联系网站删除项目2项目名称:一种电动汽车用漏电保护器简介:电动汽车动力电池电压,尤其大型电动汽车动力电池电压在200V以上,正常时,用电电器(负载)与车体保持绝缘。发明本产品的目的在于提供一种简单实用的电动汽车漏电保护回路。在用电电器(负载)对车体电气地发生漏电时,及时发现漏电,立即切断动力电池与用电电器(负载)的连接。其包括动力电池,断路器,分压电阻,空心线圈,干簧管,继电器,控制电源,指示灯。本产品结构简单,工作可靠。成本低,实用价值高。详细介绍: 本产品为一种电动汽车漏电保护回路能及时发现漏电,并切断动力电池电源。一旦用电电器(负载)对车体电气地漏电,且漏
2、电点电位高于a点,漏电电流由漏电点-车体电气地-空心线圈(L)-分压电阻 (R)-动力电池(E1-1)及(E1-2)之间的a点。流回动力电 池(E1-1)负极。如果漏电点电位低于a点,则漏电电流方向 相反,漏电电流由a点-分压电阻(R)-空心线圈(L)- 车体电气地-漏电点-流回动力电池(E1-2)负极。由于干簧管(Q)安装在空心线圈(L)内,漏电电流产生的电磁场使干簧管(Q)内的触点闭合而继电器(K2)线圈得电,其常闭触点断开。因而继电器(K1)线圈失电,触点断开,切断动力电池与用电电器(负载)的连接。同时由于继电器(K2)常开触点接合,指示灯(D1)得电发光。开关(S)用于是否向用电电器(
3、负载)供电。设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标电动汽车动力电池电压,尤其大型电动汽车动力电池电压在200V以上,正常时,用电电器(负载)与车体保持绝缘。一旦因各种原因,用电电器(负载)向车体电气地发生漏电,将可能造成用电电器(负载)损坏、烧毁或至人电击。 发明本产品的目的在于提供一种简单实用的电动汽车漏电保护回路。在用电电器(负载)对车体电气地发生漏电时,及时发现漏电,立即切断动力电池与用电电器(负载)的连接。 一种电动汽车漏电保护回路,其包括动力电池,断路器,分压电阻,空心线圈,干簧管,继电器,控制电源,指示灯。一旦电动汽车上有漏电发生,干簧管、继电器、断路器等将进行
4、一系列动作,从而切断动力电池电源,达到漏电保护作用。本产品结构简单,工作可靠。成本低,实用价值高。能适应电动汽车,尤其是大型电动汽车的漏电保护。科学性、先进性1、本产品科学先进,采用一种磁敏的特殊开关,即干簧管,最大特点是不受外界环境影响,工作可靠,非常稳定; 2、本产品体积小,方便安装和调试; 3、成本低,各个部件均价格低廉,容易买到和更换; 4、触点通断时间短,比一般产品反应时间快3-5倍; 5、实用价值高,能适应电动汽车,尤其是大型电动汽车的漏电保护。项目3项目名称:高楼消防紧急自救援系统简介:本项目的基本构思是在高楼的迎窗面的顶部设计一个悬臂导轨,导轨上安装一组悬挂吊篮,吊篮在悬臂导轨
5、上作水平运动的同时,可上下运行,以便到达高楼的每一扇窗口,主要由横向运动主体、导轨、升降悬停机构、自动营救吊篮、独立供电系统、无线遥控装置等几部分组成。在发生事故或火灾险情时,地面工作人员遥控操纵该系统并通过系统自带的营救吊篮和设施及时抢救被困人员迅速到达地面或到达高楼紧急疏散安全口。详细介绍:高楼(这里主要指20层以上)的消防问题一直是世界性的难题。 上海11.15特大火灾事故的发生,为中国的高层建筑消防问题又一次敲响警钟。目前,世界上破解高楼消防难题的主要手段是采用云梯或建筑本身的消防器材,以及紧急疏散通道等,但这些措施对于高楼的大火来说,往往是杯水车薪,望洋兴叹。 本项目的基本构思是在高
6、楼的迎窗面的顶部设计一个悬臂导轨,导轨上安装一组悬挂吊篮,吊篮在悬臂导轨上作水平运动的同时,可上下运行,以便到达高楼的每一扇窗口,该吊箱系统平常安装于高楼的顶层隐藏角落,不影响建筑物外观,主要由横向运动主体、导轨、升降悬停机构、自动营救吊篮、独立供电系统、无线遥控装置等几部分组成。在发生事故或火灾险情时,地面工作人员可遥控操纵高楼火灾自救援系统运行,该系统可到达该楼的任何楼层和任何窗口,并通过系统自带的营救吊篮和设施及时抢救被困人员迅速到达地面或到达高楼紧急疏散安全口。项目4项目名称:步进电机的单片机智能化控制简介:本系统由电源管理模块、STC89C52单片机、步进电机驱动模块、红外避障传感器
7、、黑白线检测传感器、1602液晶显示模块、在线调试模块组成。以步进电机作为动力装置,采用STC89C52作为主控制芯片,通过红外避障传感器和黑白线检测传感器的协同工作,将采集得到的数据经主控制芯片分析处理后对步进电机做出指示,并将小车的行程和速度通过1602液晶显示模块显示出来。详细介绍:一,硬件电路的设计 1.1 总体设计方案 步进电机智能化控制系统由电源管理模块、STC89C52单片机、步进电机模块、红外避障传感器模块、黑白线检测传感器模块、1602液晶显示模块和串口通信模块组成。实现小车自动寻线和自动避障功能,并且通过液晶显示屏显示出基本信息。本系统的设计内容是:1.电源管理模块的设计2
8、.步进电机驱动电路的设计;3.实现单片机对步进电机的智能控制;4.红外传感器检测电路的设计,实现自动避障; 5.检测黑白线,实现寻线运动;6.异步串行通信模块的设计 7.附加功能及辅助电路设计;8.制作电路板,硬件组装,软件编程。 1.2 电源模块的设计 电源由7.2 V的镍镉电池供电,其供电原理图如图2所示,并经过以下途径分别对弱电和强电进行供电: 1.2.1 经过稳压芯片LM7805稳压后,输出5V电压,分别给单片机、传感器、液晶接口电路和驱动逻辑部分供电。 1.2.2 经过稳压芯片MIC29302稳压成5V给L298和电机供电 (MIC29302是低电压将高电流驱动的稳压芯片最大峰值电流
9、达3A) 1.2.3 备用电池部分以供调试之需 1.3 主控制器设计 该部分是逻辑电路的核心,也是最小系统部分。其中包括晶振电路,采用了12M的外部晶振频率;复位电路部分,在系统上电时能够自动复位,当程序跑飞时能将系统复位到初始状态。 .4步进电机的工作原理与技术参数 1.4.1 工作原理 步进电机的运行原理如图2所示,当A相绕组通电时,转子的稳定平衡位置如图4(a)所示。若使转子偏离这一位置,如转子向右偏离了一个角度,则定转子齿的相对位置及作用转矩的方向 1.4.2 技术参数 1.4.2.1 小车行程近似计算公式:步进电机转轴旋转的转数=counts*小车轮子的直径*3.14 1.4.2.2
10、 小车速度近似计算公式:速度=行程/时间 1.4.2.3 步进电机步矩角:=360/(2mZ) (m为相数,Z为转子齿数) 1.4.2.4 矩频特性 步进电机作单步运行时的最大负载转矩为 ,但当控制脉冲的频率逐渐增加,步进电机的转速逐渐升高时,步进电机所能带的负载转矩值将逐步下降。 1.4.2.5 步进电机电气技术参数如表一所示: 表一 步进电机电气技术参数 产品型号 驱动系统 驱动电压 步矩角 每相 电阻 每相 电感 转子 齿数 相数 SST420D1070 达林顿 驱动 5.0(VDC) 1.8 7.6 6.8(mH) 50 2 1.4.2.6 步进电机机械技术参数如表二所示: 表二 步进
11、电机机械技术参数 电机 身长 电机 身宽 螺丝 口径 轴径 轴长 质量 保持转矩 转动惯量 31mm 31mm 0.5mm 0.6mm 55mm 180(g) 186(mn-m) 27(g-cm) 1.5 步进电机驱动模块的设计 电机驱动采用了L298作为驱动芯片,其供电范围可从324供电,最大驱动电流可达3A,因此可以满足设计要求。 STC89C52通过P1口产生的八路PWM信号通过L298引脚L0L3和R0R3输入,以调节步进电机对应相的电流。当单片机P1口对应的位输出低电平时,步进电机对应相VS与地导通,电机旋转一个步进角。只要P1口按照单双八扒的触发方式触发,步进电机便能旋转起来,将触
12、发方式翻转过来就能实现步进电机的反转。P1口全给高电平就能实现步进电机的制动。MCU通过改变对应IO口PWM的占空比就可以调节步进电机的调速。 1.6 传感器电路设计 我们选择光电传感器作为循迹传感器。其工作原理如图6所示一个发光二极管作为发送管,一个光敏三极管作为接收管,分别有一个精调电阻,来调节距离和灵敏度。循迹模块是用来识别黑白线的,黑线输出高电平,白线输出高电平。循迹模块一般识别距离为0-3cm。 P-RE0,P-RE1,P-RE2为E18-D80NK 红外避障传感器,该传感器是一种集发射与接收于一体的光电传感器,主要用于障碍物的检测。P_GD0,和P_GD1为TK黑白线检测传感器。这
13、五个传感器通过分别通过各自的输出信号线与单片机端口相连接,实现对障碍物的判别和对黑白线的检测。 1.7 串行通信接口电路的设计 串行通信接口电路的作用是使STC89C52可以和PC机的RS232串行接口连接并进行通信 二.、系统软件设计 2.1 避障部分软件的设计 系统上电后,先对STC89C52单片机端口、相关寄存器等进行初始化,避障传感器正常工作,液晶显示屏准备接收数据,主控制芯片将小车行驶路程、时间和速度数字化处理后,以字符形式显示在1602液晶显示屏上。随后MCU对P3.2、P3.3、P3.4口进行循环扫描,以判断外部传感器的工作状况,实时反映路面状况。其工作原理如下所叙。 左边红外传
14、感器与单片机的P3.2口相连,中间红外传感器与P3.3口连,右边红外传感器与P3.4口相连。当前面无障碍物时,P3.3口返回高电平时,小车往前走。当小车前面与左边有障碍物时,单片机P3.3和P3.4端口返回低电平,小车向右转90度;当小车前方和右方有障碍物时,单片机P3.3和P3.2端口返回低电平,小车向左转90度;当小车前方、左方和右方有障碍物时,单片机P3.2、P3.3、P3.4端口返回低电平,小车向反转180度。 22循迹部分软件的设计 系统上电后,先对STC89C52单片机端口、相关寄存器等进行初始化,循迹传感器正常工作,液晶显示屏准备接收数据,主控制芯片将小车行驶路程、时间和速度数字
15、化处理后,以字符形式显示在1602液晶显示屏上。随后MCU对P3.5、P3.6口进行循环扫描,以判断外部传感器的工作状况,右边光电传感器与P3.5口相连,左边传感器与P3.6相连,工作原理如下所叙。 系统初始化设定小车的寻线范围,当在设定寻线范围内未找到黑线时,系统自动扩大寻线范围,直到找到黑线为止。找到黑线后寻找离出发点最近的点,然后自动寻线。 进入寻线模式后,当小车没有检测到黑线时,P3.5和P3.6端口保持低电平,小车往前走;当小车左侧黑白寻线传感器检测到黑线时,P3.6返回高电平,小车向左偏转7.2度;当小车右侧黑白寻线传感器检测到黑线时,P3.6返回高电平,小车向右偏转7.2度。设计
16、、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标本项目最大的创新点是电源模块的设计:由于步进电机型号为SST42D1070重量大,耗电量大。同时电机是感性负载且工作在单双八拍的模式下,会造成供电部分电压的波动,影响单片机和传感器的正常工作。在此情形下,我们有意地将强电和弱电部分分离开来,用7.2V镍镉电池经LM7805稳压后给单片机、传感器和1602液晶供电;7.2V镍镉电池经MIC29302稳压后给L298和步进电机供电,提高系统运行的稳定性。 创新点之二是我们在以往硬件设计的基础上加上了异步串行通信模块(MAX232),提高了程序调试的灵活性,缩短了开发周期。科学性、先进性本项目最大
17、的创新点是电源模块的设计:由于步进电机型号为SST42D1070重量大,耗电量大。同时电机是感性负载且工作在单双八拍的模式下,会造成供电部分电压的波动,影响单片机和传感器的正常工作。在此情形下,我们有意地将强电和弱电部分分离开来,用7.2V镍镉电池经LM7805稳压后给单片机、传感器和1602液晶供电;7.2V镍镉电池经MIC29302稳压后给L298和步进电机供电,提高系统运行的稳定性。 创新点之二是我们在以往硬件设计的基础上加上了异步串行通信模块(MAX232),提高了程序调试的灵活性,缩短了开发周期。项目5项目名称:便捷式矿井通风多参数智能检测仪简介:本作品创新采用超声波测速、激光测距、
18、步进电机驱动及温度测量技术,自主开发CPLD高精度超声波、激光飞行时间间隔测量模块、激光断面测量技术,直接测量矿井通风温度、风速、断面积、风量等多种通风参数。仪器以高性能CPU为处理核心,能对测量数据进行存储、读取并设计有LCD显示器实时显示实测结果,测量精度高、使用便捷。详细介绍:便捷式矿井通风多参数智能检测仪创新采用超声波测速、激光测距、步进电机驱动及温度测量技术,自主开发CPLD高精度超声波、激光飞行时间间隔测量模块、激光断面测量技术,直接测量矿井通风温度、风速、断面积、风量等多种通风参数。仪器以高性能CPU为处理核心,能对测量数据进行存储、读取并设计有LCD显示器实时显示实测结果。测量
19、精度高、使用便捷,智能测量、高集成度,能减轻矿井测风难度和工作量,提高测量精度,降低工矿企业生产成本、提高工矿企业效益,具有广阔的市场前景.设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标发明目的: 采用多种测量技术开发便捷式矿井通风多参数智能检测仪,直接测量矿井风速、风量、温度、巷道断面积等多种通风参数,提高测量精度,减轻测量难度,降低测风劳动强度,减少工矿企业生产成本、提高工矿企业效益。 科学性、先进性多功能、多参数、智能化测量、高集成度。采用多种测量技术,直接测量各种通风参数测量值,并能对实测结果进行存储、读取。 使用便捷,测量工作量小。整个系统软硬件有机结合,体积小、重量轻、
20、便捷、使用简单方便。 测量准确,市场前景广阔。测量精度高,可减少矿井测风工作量,提高企业生产效益。具有广阔的市场前景。项目6项目名称:新型人力脚踏发电装置简介:本作品设置在地铁闸机口等人流集散地,可以有效地把人流的重力势能转变为电能,所得电能可供站场照明所用,弥补现有火力发电模式的不足,实现节能减排的目标。实现经济效益和社会环保效益的双赢。详细介绍:本装置可置于地铁闸机口等狭窄出入通道处,可以有效采集路过乘客的能量,把乘客的重力势能转变为电能储蓄起来,可提供地铁站照明、标识和广告用电,实现绿色无污染发电,达到节能减排的目的。 现有压敏陶瓷发电地板,其功率过小,无法转化足够的电能,且无法收回成本
21、。现今还没有人设计出这种用于地铁闸机口的发电机。 由于地铁闸机口狭长,规定了乘客的行进轨迹,又限制每次只能通过一人,从而能保证发电装置可以充分工作、反应时间充足并可安放多个发电装置,达到设计电能采集量。 现今京沪穗等大型城市每日地铁客流量数以百万计,本设计就可以通过乘客自身微小的做功达到照明的大效果。本产品亦可推广到海关安检、公园门禁等地,实现上述场所节能减排的目标,达到国家节约能源的目标。 设计发电装置中,传动轴运动距离设计为8cm(实际产品可增加运动距离10cm),传动齿轮能够由580N的力带动,传动轴下端由液压杆支持复位运动。能够把平均质量为60KG的乘客所带来的重力势能完全转化为电能(
22、不到60KG或行动不便的乘客,也能够顺利通过斜面,不会因此带来行动上的安全隐患)。 笔者的人力发电机所以称为“新型”,就“新”在三点:一、笔者充分考虑到与人民生活、生产息息相关的场所的应用,如地铁闸机口、公园出入口、火车站检票口甚至商场扶手电梯等场所,每日都有大量的人流经过,能够使发电装置充分运作;二、设定的转换做功小,不会增加行人过大的负担,每个过往的行人只需要抬起脚,踩踏几步,仅仅相当于走上几级台阶的做功,就可以发电,而且笔者还充分考虑了行动不便和体重不足者的安全需要,避免了安全隐患;三、发电装置可以多个并联配置在人流集散场所,所发的电流可以被有效收集,达到“集中力量办大事”的效果,避免了
23、发电单元分散的弊病。笔者设计的发电装置设计简洁、构思精简,方便维护,造价也低廉,预期的经济回报丰厚,应用场地广泛,确实有很大的应用前景,值得有志于绿色环保、新能源开发的企业共同合作。 现以解放日报报道“上海地铁年运载量近23亿人次 大客流量已成常态”,进行估算上海地铁站应用我的发电机一年的发电量(以人均体重60KG,通过闸机口需要6步,进出2次)计算: W=FS=GH=mgH=60*10*0.10=60J W总=n W=6*2*2.3*109*60J460000KWh 也就是说若上海每一个地铁检票口都应用我的发电地板的话,一天由乘客举手投足间产生的能量若全部能够被采集、转化,就足够支持一个中小
24、型地铁站一日的电能。我国有庞大的人口待开发,此发明源于春运时广州火车站广场聚集的庞大人流。此发明还可以推广到海关安检、公园门禁等与地铁有类似门禁的场所和其他大型城市。设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标本装置可置于地铁闸机口等狭窄出入通道处,可以有效采集路过乘客的能量,把乘客的重力势能转变为电能储蓄起来,可提供地铁站照明、标识和广告用电,实现绿色无污染发电,达到节能减排的目的。 现有压敏陶瓷发电地板,其功率过小,无法转化足够的电能,且无法收回成本。现今还没有人设计出这种用于地铁闸机口的发电机。 由于地铁闸机口狭长,规定了乘客的行进轨迹,又限制每次只能通过一人,从而能保证发
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