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1、 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）报告用纸 共 28 页 第14页引言在数码市场的快速增长中伴随着这样的发展趋势：产品功能多样化、显示屏幕大尺寸而且彩屏化、机型更加轻薄小巧，但是实现这些特点的同时往往都会缩短电池电量的使用时间，尤其是附带3G功能的数码产品对电池的续航能力要求极其高。从而数码产品的成长也快速带动了周边产品的发展，数码产品挂件、数码产品外壳、数码产品支撑架、数码产品应急充电设备等等。而在现有小型数码产品应急充电设备中缺少创新的设计，因此必须在绿色节能上提出创新，并且在外形上令人新奇。1 课题分析1.1 设计背景及方向1.1.1设计背景近几年随着经济的增长和科技的高速发
2、展，原来的生活方式显然已经不能适应这个社会的发展。加之由于工业发展所带来的环境问题日益加剧，所带来的后果已经影响到人类的正常生活。这个时代被称之为后工业时代。就是追求人与自然和谐共处，互利共赢。所以新型的以节能、高效、低碳的设计逐渐显现在人们的视角，新颖的设计带来了后工业时代人类对现有的生活进行思考。用新颖的设计来改变现有的生活习惯，所以设计改变生活的概念逐渐成为这个社会的主流。而且现在的数码产品更新换代尤其的迅速。从以前单一的使用功能到现在的功能多样化，从以前小小的黑白显示屏幕到现在的大尺寸彩色显示屏；从以前硕大的外观造型到现在外观的轻薄小巧，这些变化都凝聚了开发者的精力和心血。以前的生活水
3、平想要购买一件数码产品，这对于消费者来说心理上会感觉那么的昂贵，而现在随着人们生活水平的提高和数码产品的快速发展，数码产品所带来的便利使得人们使用或购买数码产品的需求变得越来越大。人们利用数码产品可以消磨闲暇的时光，与其他人沟通交流，记录自己美好的生活，解决自身的困难等等。因为能带来这些许许多多的便利，人们就频繁或习惯性的使用自己手上的数码产品，但实现这些便利的同时增加了电池的负担，使电池的使用时间大幅缩短。这也许会对环境产生污染，特别是那些依靠非再生能源的数码产品。现今，随着社会的快速发展，人们开始大力提倡合理利用可再生能源，这样我们可以最大限度的减少对环境的污染和对能源的浪费。所以设计一款
4、节能的应急充电面罩对于他们而言将会起到很大的帮助，根据这个突破口提出选题。1.1.2设计方向本次选题的最终设计方向是设计一款呼吸式应急充电面罩运用可再生能源的转换为元素设计的一款应急充电设备。在这个世界上，每个人每时每刻都在不停的进行着呼吸，一天24小时一年365天，因而呼吸所产生的能量是可以被加以转换利用的。这款呼吸式应急充电面罩就是利用人体呼吸，使呼吸产生的微弱气流来驱动面罩中的小型风力发电机，从而使风能转换成电能储存在面罩和充电锂电池中，并且可以通过线缆给予小型数码产品充电。在整个产品设计中满足户外运动者和喜欢把玩小型数码产品人群的使用需求和使用习惯，将形与意结合，设计出独特的外观造型，
5、配备大容量的储能空间，且有效回收更多的能源，并适合使用者个审美。人群定位为户外运动者、喜欢把玩小型数码产品人群。1.2 设计思路经过详细调研，得到真实的资料，并且对调查来的资料进行分析研究，从人们对小型数码产品应急充电设备的需求、使用环境考虑设计。针对目前市场上的小型数码产品应急充电设备设计的不足，进行改良、创新。设计出一款适合现代市场需求的概念产品，以及符合“创新、节能”主题的小型数码产品应急充电设备。从市场调查中获取设计的突破点、创意点，从而构思出呼吸式应急充电面罩。定位户外运动者、喜欢把玩小型数码产品人群，以创新的理念设计出令人感觉更为个性、节能的应急充电设备。1.3 设计意图今后的生活
6、，大量的小型数码产品将充斥我们的生活。但往往常常使用小型数码产品会导致电池消耗过快的现象出现，特别是在户外活动时。一种是户外运动者，他们每一次出行，往往担心电量的不足，并且在旅途中必须有效，节约的使用。而另一种是喜欢把玩小型数码产品的人群，他们喜欢在公交、地铁、汽车等公共场所利用手中的小型数码设备来打发无聊的时光，而往往频繁使用手中的设备，会使电量迅速的消耗殆尽，当他们收到低电提醒时，他们会很无奈的收起手上的小型数码设备。然而现在的工业设计产品正朝着绿色设计的大趋势迈进，合理利用可再生资源是现在的开发和发展的方向。有效利用可再生资源将大大减少环境的污染和环境的破坏。而根据实际调查，现有利用可再
7、生资源的应急充电设备外观单一，且受到较大的环境因素的影响。本设计将突破环境因素的影响，充分利用现有的技术，在外观上和使用方式上大胆创新，设计出一个高效的应急充电设备。2 市场调查部分在数码产品市场的快速增长中伴随着这样的发展趋势：产品功能多样化、显示屏幕大尺寸且彩屏化、机型更加轻薄小巧，但是实现这些特点都会加快电量的消耗、减小电池体积，尤其是3G功能的数码产品对电池的续航要求更高。 应急充电器 就是主要为了解决这些移动数码产品的临时电量不足的问题，通过锂电池、太阳能板或者手摇的方式 普通AA干电池，作为储电单元，经过合适的电压转换，实现可以随时、随地、随身的为移动数码电子产品供电或充电。此次设
8、计的呼吸式应急充电面罩，利用人体呼吸所产生的气流带动面罩内的小型电力机组，使小型电力机组运作产生电能，并储存在安装的锂电池中。当外置数据线连接至面罩时，面罩便可向连接的设备进行供电。这使得面罩具有能量转换装置、储能装置、稳压装置和放电装置。而在市场上同样具备这四个装置又是利用可再生资源的产品，他就是太阳能应急充电设备。下面是我对与太阳能应急充电设备所做的调查。2.1 现有同类产品介绍及类型2.1.1现有同类产品介绍太阳能应急充电器是通过光能转换成电能的光电转换设备，利用光电转换将电能储藏在内置的锂电池内,且通过控制电路将内置锂电池的电能通过输出口给手机、数码相机、MP3、MP4等数码产品进行充
9、电。2.1.2现有同类产品类型从功能上区分太阳能应急充电器的类型有三种：图2-1支持照明的太阳能充电器第一类：带照明功能的太阳能应急充电器（图2-1），内置节能超强LED照明灯，非常省电。如果单纯用于LED照明上，根据内置电池容量大小可以使用3小时到30小时。图2-2只带充电的太阳能应急充电器第二类：只带充电功能的太阳能应急充电器（图2-2），这种充电器不带任何什么其他扩展功能。优点是这类型充电器容量大，非常适合做专业外置电源。图2-3支持5伏、9伏可以调电源太阳能充电器第三类：支持电源可调挡的太阳能应急充电器（图2-3）。现在在市面上支持5v，9v电压可调。从打开方式区分太阳能应急充电器的类
10、型有三种:图2-4直板式太阳能应急充电器第一类：直板式太阳能充电器（图2-4），这种太阳能体积小巧，携带方便，但是它的内置触点容量小。图2-5翻盖式太阳能应急充电器第二类：翻盖式太阳能应急充电器（图2-5），太阳能面板与阳光接触的面积大，工作效率高，电量储藏量大，但是体积大，不便于随身携带。图2-6滑盖式太阳能应急充电器第三种：滑盖式太阳能应急充电器（图2-6），可调节太阳能面板的面积大小，工作效率高，电量储藏量大，但是体积庞大，不便于随身携带。2.3 现有同类产品的工作分析图2-7太阳能在现有的太阳能充电器（图2-8和图2-9），都是依靠自身携带的太阳能电池板对自身进行电力的补充，当太阳能面
11、板中的半导体光电二极管受到太阳光照后，光电二极管就会把太阳的光能转换成为电能，产生电流，储藏在内置的锂电池中，使用时通过稳压装置将电流平稳的释放给予插入充电器的设备中。所以太阳能应急充电器的整个流程就是吸收辐射，光电转换、储藏电量、释放电量四个环节。 图2-8雷杰太阳能应急充电器 图2-9 lexunsm太阳能应急充电器但是现在市场化的太阳能电池面板的转换率还是比较低的，一般只有16.5%，国内最高可以达到17%的转换效率，而国外也仅仅做到了25%的光电转换效率。图2-10太阳能面板表面温度变化的I-U特性曲线图在许多调查中，太阳能应急充电器的使用还受到自身电量下降造成，自身电压和电流的下降（
12、图2-10）。从而致使太阳能应急充电器在使用过程的后半段维持不了恒定的电压和电流，使得充电器不能正常的工作。图2-11日照强度变化和I-V曲线图 图2-12日照强度和最大输出特性图而对于太阳能面板来说，当表面温度下降时（图2-11），太阳能面板所产生的电压也随之下降。这使得光照时间和强度对于太阳能面板来说有着至关重要的作用。也对太阳能面板输出电流有着相当大的影响（图2-12）。2.4 现有同类产品的材料在现有市场上，很多太阳能充电器使用ABS塑料，ABS塑料具有良好的力学性能，其冲击强度几号，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良。而且尺寸稳定性好，又具有耐油性。而且ABS具有良好的综合性
13、能以及良好的成型加工性。但是ABS不具备耐候性，在紫外线的作用下易产生降解；并且在户外半年后，抗冲击的强度大大下降。所以在产品的外观上面会喷上一层橡胶（图2-13）或者做钢琴烤漆来保护ABS的内部特性不受影响。有些商家还会加入大量的橡胶材质来包裹整个机体，是产品看上去更加的耐冲击，让人觉得很好的保护了产品。同时还有一些会加入皮革材质，体现出商务气息（图2-14）。图2-13芬兰suntrica太阳能应急充电器 图2-14皮革外壳的太阳能应急充电器2.5 现有同类产品的综合性能分析太阳能应急充电器可以调节不同的输出电压及电流。可以对不同的充电产品充电，调节电压从3.76V范围内，可以对小型数码设
14、备进行充电，而且体积小，容量高，使用寿命长的特点，适用于出差、旅游、长途乘车船、野外作业等环境及学生的备用电源和紧急照明，具有安全保护、兼容性好，大容量、体积小、使用寿命长、性价比高。但是其也有缺陷，受到环境影响太大，使其不可以全天候工作，输出电流需要经过两次的电量消耗，浪费大。而受到外界遮挡后充电的效果大大降低。2.6 人体呼吸系统2.6.1人体呼吸系统呼吸系统是执行机体和外界进行气体交换的器官的总称。呼吸系统的机能主要是与外界的进行气体交换，呼出二氧化碳，吸进新鲜氧气，完成气体吐故纳新。呼吸系统包括呼吸道（鼻腔、咽、喉、气管、支气管）和肺。图2-15人体呼吸系统解剖结构图2.6.2人体气体
15、交换过程吸气时,肋间外肌、膈肌收缩，肋骨和胸骨向上向外移动，胸腔容积增大，肺也随着扩张，肺内气压下降，小于大气压，外界空气进入肺泡。呼气时,肋间外肌、膈肌舒张，肋骨和胸骨向下向内移动，胸腔容积减小，肺借本身的弹性而回缩，肺内气压升高，大于大气压，迫使肺泡内的气体排出体外。表2-1：人体气体交换过程膈肌外肋间肌内肋间肌肋骨胸骨胸腔体积胸腔内压力气流吸气收缩变的扁平收缩舒张向上向外增大减小进入呼气放松恢复拱形舒张收缩向下向内减小增大离开2.7 人体呼吸发电的可行性自从人们被电鳗电到之后，研究生物电能就一直是科学家关注的重点课题。美国的科学家甚至研究利用呼吸发电。威斯康星大学麦迪逊分校材料和工程学助理教授Xudong Wang和博士后Chengliang Sun、研究生Jian Shi在9月刊的能源和环境科学上报告了一种新型材料聚偏二氟乙烯制成的微型塑料带，能够捕捉低速气流，利用压电效应将机械能转化为电能。研究人员称，如果材料足够薄，可以利用人的呼吸产生毫瓦级电能，用于给人体携带的血糖监测仪、心脏起搏器等传感设备供电（图2-16）。人类呼吸能产生2米/秒的风速，这种速度的风通常用处不大。但Xudong W
