双引擎太阳能玩具车设计-安徽大学鲜牛奶.ppt

双引擎太阳能玩具车设计,关键词：双引擎，太阳能电池板，超大吸光面积,安徽大学11级新能源材料与器件：鲜开诚,目录,1.设计背景,3.太阳能电池板工作原理,4.玩具汽车运动原理,6.总结,2.玩具车外形设计,5.玩具车内部电路分析,设计背景,太阳能汽车的应用能够降低全球环境污染，创造洁净的生活环境，随着全球经济和科学技术的飞速发展，太阳能汽车作为一个产业已经不是一个神话。燃烧汽油的汽车是城市中一个重要的污染源头，汽车排放的废气包括二氧化硫和氮氧化物都会引致空气污染，影响我们的健康。现各国的科学家正致力开发产生较少污染的电动汽车，希望可以取代燃烧汽油的汽车。由于现在各大城市的主要电力都是来自燃烧化石燃料的，使用电动汽车会增加用电的需求，即间接增加发电厂释放的污染物。有鉴于此，一些环保人士就提倡发展太阳能汽车，太阳能汽车使用太阳能电池把光能转化成电能，电能会在储电池中存起备用，用来推动汽车的电动机。由于太阳能车不用燃烧化石燃料，所以不会放出有害物。据估计，如果由太阳能汽车取代燃汽车辆，每辆汽车的二氧化碳排放量可减少43至54%。,设计背景,太阳能动力汽车玩具可以说是最好玩的太阳能玩具。特别受男孩的欢迎，而它们的能量全部来自最环保的能源太阳能，这可是如今最时髦的话题，却很少被用到玩具身上。阳光照射太阳能电池板，为小玩具提供源源不断的动力。这套玩具可以充分发挥及培养小朋友的想象力、创造力，而且对于年龄较小的孩子来说，其操作性更强也更安全。,目录,玩具车外形设计,这是我用3DMAX软件绘制的我设计的太阳能汽车外形：,玩具车外形设计,这是渲染出的车型三视图：,正视图,俯视图,左视图,目录,玩具车外形设计,这种玩具汽车外形设计有以下几点优势：1.玩具车顶受光面积可达0.75（1.5*0.5）平方米或更大，有很大的受光面积，持续提供能量，可保守估计跑至少500米。2.平拉窗打开可将收音机等放入，做到很好地模拟真实汽车。3.可用轻质碳铝材料制作，质地轻盈。4.操作简易安全。,工作原理,太阳能电池板工作原理,P型与N型半导体,PN结,太阳能电池板,太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照左下图。图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。如右下图。,P型与N型半导体,P型半导体,N型半导体,PN结,N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，此之谓PN结。,当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。如下图：,太阳能电池板,当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。(如下图所示）另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜（如图），将反射损失减小到5甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。,目录,玩具汽车运动原理,这是我用3DMAX软件绘制的我设计的玩具模型：,玩具汽车运动原理,这是渲染出的车型三视图：,俯视图,左视图,正视图,玩具汽车运动原理,右下图所示为玩具模型概念图，前面左右两边的两个轮子是主动轮，各接一个电机作为动力。后轮是从动轮(由于不重要，以滚珠代替)，后轮起到平衡的作用。上方为两组太阳能电池板，为小车提供动力。车体由一个面包板组成，同时控制电路也焊接在面包下方,一套系统指的是一块太阳能电池板通过一套控制电路来控制一台电机单向转动。将两套系统安装在一台车上，那么这台车的两个轮子就分别受控于两块太阳能电池板，这样通过改变太阳能电池板在车上的安装姿态，就可以使两块太阳能电池板分别接收到不同强度的光照，这样两台电机的转速就会有所不同，通过这个控制原理，太阳能小车可以在光的驱动下运动。,玩具汽车运动原理,因为本项目机器人是左右两组太阳能电池板，分别控制交叉位置左右两边的电机以驱动小车前进。选择交叉位置控制，可以确保机器人基本上是沿着光源的方向近乎直线的前进：左边受光则把右边身体运动，然后变成右边受光，再把左边身体摆过来，如此前进。,通过控制前面两个轮子的转动方向就可以控制整个机器人行进的方向：I左右两个前轮都向前转，则机器人向“正前方”直线前进；II左右两个前轮都向后转，则机器人向“正后方”直线倒退；III.左前轮向后转，右前轮向前转，则机器人将以后轮为轴心逆时针转动，即实现向右后方转弯倒退；IV.左前轮向前转，右前轮向后转，则机器人将以后轮为轴心顺时针转动，即实现向左后方转弯倒退。,目录,玩具车内部电路分析,本作品的最核心技术在于控制电路的设计，经调试，下面这套电路比较符合要求：,玩具车内部电路分析,太阳能电池对电容充电，当充电量达到由LED二极管设置的充电上限后，则电路开始瞬间放电提供给电机转动；虽然电机转动消耗电能使电压下降至低于LED二极管的下限，但是由于电路存在一个导通循环的机制，仍然会继续放电让电机转动，能够尽可能的把电容中存储的电能都消耗掉，当消耗完电容中的电能后，重新由太阳能电池对其进行充电，如此循环往复，玩具车得以持续运动。,目录,总结,围绕着儿童科普方向的竞赛主题，本作品有着好的可操作性和安全性，十分有趣。但仍然有许多美中不足的地方，有以下可能的解决方法：1.该玩具在自然太阳光可能不能正常运动，因为可能当时太阳光亮度较弱且明暗不稳，建议在阳光明亮的地方运行，可以用一百瓦白炽灯代替太阳光。2.建议使用前先置于阳光下一段时间充满电再使用。3.若电机转一下就不转了，可能是电机电阻过大，可以在电机两端并联一个几十欧姆的电阻以减小电阻。或者也有可能是太阳能电池板电压高，而电机功率小而消耗的电流也小，电机放电的速度赶不上太阳能充电的速度，导致三级管一旦导通后就无法截止。解决的办法可以尝试在NPN三级管基极与PNP三极管集电极之间连接一个1k左右的电阻，使三级管导通的条件提高。,目录,感谢对本作品的支持！,