手動充電式LED智能礦燈的研究

戚金鳳　羅國榮

摘 要：本文主要介紹的手動充電式LED礦燈是專門為戶外作業(yè)提供照明，在缺少充電設(shè)備的情況下可手動充電的高智能礦燈。該LED礦燈主要包括手動發(fā)電裝置、微型三相發(fā)電機、整流電路、智能升壓充電電路、蓄電池、LED驅(qū)動電路、LED節(jié)能燈等。

關(guān)鍵詞：戶外；LED；智能充電礦燈

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.123

0 引言

普通的LED礦燈是采用鋰離子電池作為電源，LED礦燈內(nèi)的蓄電池放完電后，還必須對其充電才能繼續(xù)使用，而充電環(huán)境必須在帶有交流電源的場所（如室內(nèi)），這給長期在礦井或深山等工作的人員帶來極大的不便，特別是在礦難或深山迷路的情況下，礦燈沒有足夠的電源進行照明。

本項目研究的手動充電式LED礦燈就是基于這個缺陷而提出來的，它不僅具有普通LED礦燈的功能，而且還通過手動發(fā)電的方式對手機充電，這樣就可為工作在野外的作業(yè)人員提供充電的電源，解決了礦燈電源不足的困境，同時，本項目研究的礦燈對外還有USB對外輸出充電接口，解決電源的同時，還可給通信設(shè)備（如手機）進行充電，在突發(fā)緊急的事件中，可增大野外求救的機會。

1 手動充電式LED礦燈的結(jié)構(gòu)。

該礦燈主要由手動發(fā)電裝置、微型三相發(fā)電機、整流濾波電路、智能升壓充電電路、蓄電池、LED驅(qū)動電路、LED節(jié)能燈組成。手動發(fā)電裝置可以將人體的生物能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械動能，為微型三相發(fā)電機提供動力源，這樣就可克服在沒有交流電源的場合（如礦井、野外深山等）無法充電的困境。微型三相發(fā)電機主要是將動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，為蓄電池和LED節(jié)能燈提供電源。整流電路緊連接著微型三相發(fā)電機，微型三相發(fā)電機發(fā)出來的三相交流電壓通過它轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，從而為蓄電池和LED節(jié)能燈提供需要的直流電。LED驅(qū)動電路將蓄電池供給的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楹懔骱銐旱闹绷麟?，以?qū)動LED燈。

2 手動發(fā)電裝置及微型三相發(fā)電機

手動發(fā)電裝置是由手搖把柄和齒輪組成，手搖把柄是把人體的生物能轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪旋轉(zhuǎn)的機械能，再傳輸?shù)轿⑿腿喟l(fā)電機的轉(zhuǎn)子，迫使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來。

微型三相發(fā)電機的主要部件是定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承。定子的主要部件是由定子鐵芯、線包繞組等構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子的主要部件是由圓柱型磁鐵構(gòu)件組成，而軸承和端蓋主要的作用是將發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子連接起來，在外力的作用下能使轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn)，根據(jù)磁感應(yīng)定律，可在定子中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過端蓋上的接線端子，接入到閉合回路中，便產(chǎn)生了感應(yīng)電流。微型三相發(fā)電機主要適用于對小型蓄電池進行充電，因此用該電機時需要將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，需要對其整流和濾波。

3 三相整流濾波電路

三相整流濾波電路包括三相整流電路和濾波電路，三相整流電路的主要作用是將交流電通過幾個整流二極管組成的電路轉(zhuǎn)換成直流電，但此處的直流電并不是理想中的波型平滑的直流電，而是具有單向脈動性的直流電，三相整流電路由六只整流二極管組成，利用整流二極管的單向?qū)щ娦?，可把某一時刻某一相位的正弦波型的交流電轉(zhuǎn)換為單向脈動的直流電，三相整流電路的工作原理如下：微型三相發(fā)電機發(fā)出來的三相電動勢分別為U、W、V，當(dāng)U相電動勢最高、W相電動勢最低時，接在U、V 相的其中兩個整流二極管D1，D6因滿足導(dǎo)通條件面導(dǎo)通，而此時刻，整流二極管D2、D3、D4、D5因加反向電壓不滿足導(dǎo)通條件而截止。此時刻整個通電回路是由U、D1、RL（負(fù)載電阻） 、D6構(gòu)成，最終結(jié)果是在RL 上形成上正下負(fù)的半波整流電壓；V相電動勢最高、U相電動勢最低時，接在U、V 相的其中兩個整流二極管D2，D4因滿足導(dǎo)通條件面導(dǎo)通，而此時刻，整流二極管D1、D3、D5、D6因加反向電壓不滿足導(dǎo)通條件而截止。此時刻整個通電回路是由V、D2、RL（負(fù)載電阻） 、D4構(gòu)成，最終結(jié)果是在RL 上形成上正下負(fù)的另一半波整流電壓；當(dāng) W電動勢最高、V電動勢最低時，接在U、V 相的其中兩個整流二極管D3，D5因滿足導(dǎo)通條件面導(dǎo)通，而此時刻，整流二極管D1、D2、D4、D6因加反向電壓不滿足導(dǎo)通條件而截止。此時刻整個通電回路是由W、D3、RL（負(fù)載電阻） 、D5構(gòu)成，最終結(jié)果是在RL 上形成上正下負(fù)的第三個半波整流電壓；三個半波整流電壓疊加RL（負(fù)載電阻）上，便得到三相全波整流電路電壓，但是此時的電壓仍有脈動性，需要濾波電路來整形，得到更平滑的直流電。濾波電路的主要作用是利用電容或電感組成的電路濾去三相整流輸出電壓中的紋波（脈動性），它主要是利用電容的充放電特性來進行濾波 ，利用電感的儲能特性來進行濾波。

4 礦燈的LED驅(qū)動電路

LED驅(qū)動電路是由幾個LED燈珠通過串聯(lián)或并聯(lián)組成的LED電路，每個LED燈的發(fā)光電壓在約是3V左右，如果蓄電池的電壓是12V，則需要4個LED燈珠串聯(lián)在一起才能使LED正常發(fā)光，否則LED燈珠容易被損壞，本礦燈的LED驅(qū)動電路是由四組LED串聯(lián)燈珠并在一起的串并聯(lián)電路。

5 智能充電控制電路

智能充電控制電路主要由PIC16C61單片機、按鈕開關(guān)電路、風(fēng)扇擋位控制電路、微型發(fā)電機發(fā)電電壓監(jiān)測電路、外設(shè)USB電壓監(jiān)測電路、一級升壓電路、二級升壓電路、風(fēng)扇擋位控制電路、指示燈電路、內(nèi)部蓄電池以及軟件邏輯組成。其中PIC16C16單片機是8位嵌入式控制器，由美國Microchip公司生產(chǎn)的，它的特點是抗干擾能力，功耗低，工作電壓低，因此，采用它作為智能充電控制器的核心是本項目的關(guān)鍵。

6 結(jié)束語

本項目研究的手動充電式LED礦燈，具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計理念創(chuàng)新，重量輕，方便攜帶，工作可靠的特性，并成功申請實用新型國家專利，該項目研究的產(chǎn)品具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。另外，特別感謝廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院的大力支持。

參考文獻：

[1]羅國榮，何建威，戚金鳳.戶外柴爐充電控制系統(tǒng)的研究[J].科技風(fēng)，2015，（02）（下）.

作者簡介：戚金鳳（1985-），女，廣東人，本科，講師，研究方向：汽車電子、汽車維修。