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    基于戶外探險及自然保護區(qū)的太陽能救生衣設計

    2019-03-24 10:11:52顏魯薪楊偉鵬
    時代農(nóng)機 2019年11期
    關(guān)鍵詞:救生衣發(fā)射器驢友

    劉 偉,顏魯薪,楊偉鵬,張 育

    (武威職業(yè)學院,甘肅 武威733000)

    現(xiàn)如今戶外探險的“驢友”越來越多,有些初級驢友缺乏經(jīng)驗,不注意野外環(huán)境帶來的風險,容易發(fā)生失聯(lián)情況。在野外發(fā)生失聯(lián)情況就意味著有生命的危險。傳統(tǒng)救生衣只有一個哨子和貼在救生衣上的反光帶,這樣的設備只能讓人用眼睛和耳朵來尋找失事人員,故一旦失事失聯(lián)人員無法及時與救援人員取得聯(lián)系,所以須在救生衣上增添各種設備來增加救援率。由于在野外無法提供電能,故利用太陽能電池來供電及照明。該太陽能救生衣增加了救援成功率,為失聯(lián)人員帶來了希望[1]。

    1 設計思路

    救生衣利用GPS全球定位系統(tǒng)來實現(xiàn)定位,可精確到200米范圍內(nèi),通過自帶通話機制具體了解求生者身體,情緒等狀況;利用無線電發(fā)射器發(fā)出求救信號,可對求生者近距離的位置確定,并且可以用于旅游團隊中隊員之間的信息傳遞;LED燈為失聯(lián)人員提供照明及物理求救信號,并在一定程度上減輕被困人員的恐懼,焦慮情緒。為了解決失聯(lián)后各電力器件的供電問題,并綜合考慮到太陽能普遍、無害、巨大和長久等特點后,選擇利用太陽能薄膜電池為各電力設備提供電能,這也將對野外生存及搜救工作又提供了一個非常有利的條件[2]。

    2 總體設計

    太陽能救生衣主要由太陽能發(fā)電儲電模塊、集成式控制模塊、求救模塊及外圍模塊四部分組成。太陽能發(fā)電儲電模塊由薄膜太陽能板和鉛蓄電池組成,實現(xiàn)太陽能發(fā)電及儲存的功能;集成式控制模塊由微控制器和外圍電路組成,實現(xiàn)保護電路及防止過充等功能;求救模塊由GPS全球定位和聲波發(fā)射器組成,實現(xiàn)精準定位及無線求救;外圍模塊由高亮度LED燈和蓄電池電量顯示器組成,實現(xiàn)照明、引導救援和顯示蓄電池電量[3]。

    3 理論計算

    3.1 負載功率

    求援模塊:無線發(fā)射器功率:0.018W。GPS定位模塊功率:0.003W。

    外圍模塊:電量顯示器功率:0.03W。照明燈功率:3W

    故負載工作電壓為6V,功率為3.05W。

    3.2 蓄電池的選擇

    蓄電池的容量BC計算公式為:

    式中:A為安全系數(shù),取1.1;

    QL為負載日平均耗電量,為工作電流乘以日工作小時數(shù);

    NL為最長連續(xù)陰雨天;

    TO為溫度修正系數(shù),取1;

    CC為蓄電池放電深度,取0.85。

    已知負載電壓為6V,總功率為3.05W,每天工作10h。故該蓄電池容量為:

    故選用蓄電池規(guī)格為:6V7Ah

    3.3 光伏組件的選擇

    太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)計算:

    式中:UR為太陽能電池方陣輸出最小電壓;

    Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓;

    Uf為蓄電池浮充電壓;

    UD為二極管降壓,取0.7V;

    UC為其它因數(shù)引起的壓降,取1V;

    已知蓄電池浮充電壓為6.8V,柔性組件標準功率為0.5W,最佳電流為0.25A,最佳電壓為2V,故柔性組件串聯(lián)個數(shù)為:

    故太陽能電池方陣功率為:

    計算結(jié)果:需要太陽能電池組件功率為2.5W,共需5塊標準電池組件串聯(lián),蓄電池容量為7(Ah)。

    4 實驗

    安裝無線信號測試軟件,對無線電發(fā)射器件進行近距離測試,選擇一片區(qū)域進行信號強度測試。我們對聲波發(fā)射器的信號強度隨距離的變化進行了測試,隨著距離的增加聲波發(fā)射器的信號隨之降低,在100米范圍內(nèi)清晰,當距離大于100米時信號隨之減弱,直到距離達到200米信號消失[4]。

    5 應用前景分析

    本產(chǎn)品開發(fā)的太陽能救生衣是將太陽能組件,無線電發(fā)射器,GPS定位器和照明融為一體的設備,可廣泛用于野外,海上等復雜環(huán)境的救生工作,在人員的救生方面有著重要而深遠的意義.近幾年,我國接二連三出現(xiàn)“驢友”(也叫背包客)野外旅游遇險事件,2010年12月,由復旦大學學生等18人組成的旅游團在黃山遇險,當?shù)孛窬瘡埦僭跔I救途中墜崖身亡。2011年,又有5名驢友在廣西千家洞旅游區(qū)因迷路被困山中,經(jīng)各方全力施救才最終脫險。這引起了人們對搜救工作的思考。

    武威市地處著名的“絲綢之路”要沖,東接蘭州、南靠西寧、北臨銀川和內(nèi)蒙、西通新疆,處于亞歐大陸橋的咽喉地位和西隴海蘭新線經(jīng)濟帶的中心地段,擁有豐富的旅游資源,著名的有祁連山國家自然保護區(qū)、馬牙雪山等。由于景區(qū)面積大,所以對于景區(qū)搜救機制是一個巨大的挑戰(zhàn)。面對這項挑戰(zhàn),太陽能救生衣就擁有了廣闊的發(fā)展前景。傳統(tǒng)的搜救工作搜救人員對于救生者具體情況知之甚少,具體位置很難確定,所以通常采用的是“地毯式”搜救方式,搜救成本巨大。

    本產(chǎn)品通過對這些問題的研究,并成功克服了相應問題。GPS定位器可遠距離對求生者進行位置定位,精確到200米范圍內(nèi),通過自帶通話機制了解求生者身體、情緒等狀況;無線電發(fā)射器可對求生者近距離的位置確定,并且可以用于旅游團隊中之間的信息傳遞。所有的設備的供電都由太陽能組件供應,這對野外生存又是一個非常有利的條件。

    這些問題的研究與克服以及旅游地區(qū)的特殊自然環(huán)境,使得本產(chǎn)品在市場具有一定的競爭力,對于搜救機制的完善,旅游業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義。

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