自產(chǎn)電非牛頓流體LED警示減速帶的設(shè)計(jì)與研究

王凱達(dá) 穆文英 張連昊 逄付豪 崔云超

摘? 要：現(xiàn)有減速帶在車輛慢速駛過(guò)時(shí)仍有較強(qiáng)的顛簸感，并且道路能見度較低時(shí)，它容易“隱身”造成危險(xiǎn)。本設(shè)計(jì)利用太陽(yáng)能產(chǎn)電供給警示燈工作，將LED發(fā)光二極管與減速帶相結(jié)合，提出可形變非牛頓流體減速帶，使得減速帶更加顯眼、安全，并且可以在自發(fā)電的情況下長(zhǎng)期工作。

關(guān)鍵詞：非牛頓流體;可形變減速帶;交通安全;自產(chǎn)電

中圖分類號(hào)：U417.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）23-0048-03

Abstract： The existing deceleration belt still has a strong sense of turbulence when the vehicle passes slowly， and when the visibility of the road is low， it is easy to be "invisible" and cause danger. In this design， the solar energy is used to supply the warning lamp， and the LED light emitting diode is combined with the deceleration belt， thus the paper puts forward the deformable non-Newtonian fluid reducer belt， which makes the reducer belt more conspicuous and safe， and can work for a long time under the condition of self-generating electricity.

Keywords： non-Newtonian fluid; deformable deceleration zone; traffic safety; self-generated electricity

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活質(zhì)量不斷提高，擁有私家車的家庭也不斷增多，由此帶來(lái)各種隱患，其中最主要的是超速問(wèn)題，10次車禍9次快，因而設(shè)置減速標(biāo)志和減速裝置尤為重要。因此我們提出了安全警示減速帶，該減速帶利用光敏模塊控制安全警示燈在能見度較低時(shí)發(fā)光，起到警示駕駛員減速的作用。

本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的減速帶進(jìn)行改進(jìn)，采用非牛頓流體制作減速帶，減少車輛慢速顛簸感，將LED發(fā)光二極管與減速帶相結(jié)合，并運(yùn)用太陽(yáng)能給LED燈供電，使得減速帶更加顯眼，并且可以在自發(fā)電的情況下長(zhǎng)期工作，具有較好的推廣前景。

2 設(shè)計(jì)思路

減速帶除了具有使機(jī)動(dòng)車減速的實(shí)際功能外，還應(yīng)考慮使用者的感受及其與整體環(huán)境的協(xié)調(diào)性[1]。自產(chǎn)電非牛頓流體LED警示減速帶最基本的產(chǎn)能、儲(chǔ)能和發(fā)光的基本裝置由太陽(yáng)能、蓄電池和LED發(fā)光二極管組成。

太陽(yáng)能電池板安裝在減速帶兩側(cè)，固定在減速帶的兩邊的鐵條上，儲(chǔ)電部分放在減速帶外的保護(hù)裝置內(nèi)部，LED發(fā)光二極管鑲嵌于減速帶表面，由光敏電阻控制LED發(fā)光二極管的亮滅。

光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池有效吸收太陽(yáng)光輻射能并使之轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電方式，是當(dāng)今太陽(yáng)光發(fā)電的主流[2]。由于光線的原因，在白天由于光敏電阻的作用，電路不工作，僅由減速帶的主體非牛頓流體工作，夜晚光線變暗，光敏電阻控制電路開啟發(fā)光二極管發(fā)光以起到警示作用，其工作流程如圖1所示。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 電路部分

本設(shè)計(jì)的電路部分主要包括太陽(yáng)能板、PWM太陽(yáng)能控制器、光敏控制電路、蓄電池以及安全警示燈。太陽(yáng)能板接收光能后，將光能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過(guò)PWM太陽(yáng)能控制器的整流穩(wěn)壓給蓄電池充電;當(dāng)減速帶運(yùn)行時(shí)，電能經(jīng)穩(wěn)壓充放電模塊作用于光控部分，來(lái)控制警示燈的點(diǎn)亮和熄滅。

3.1.1 太陽(yáng)能儲(chǔ)電部分

為了便于安裝太陽(yáng)能板，我們選用的尺寸為120mm*38mm，這樣易于將太陽(yáng)能板安裝在減速帶兩側(cè)的金屬凹槽內(nèi)對(duì)其加以保護(hù)，又不會(huì)影響太陽(yáng)能板的正常工作。首先將八塊同等規(guī)格的太陽(yáng)能板串聯(lián)，再將其并聯(lián)，這樣峰值電壓可達(dá)到24V，峰值電流可達(dá)到200mA。

3.1.2 光控部分

在一定溫度范圍內(nèi)，CdS光敏電阻的伏安特性對(duì)溫度變化的敏感度不高，仍具有較好的線性特征。電池板輸出功率會(huì)隨著電壓的增加，先增大再減小;而且隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大和溫度的升高而減小[3]。當(dāng)工作環(huán)境溫度超過(guò)100℃時(shí)，則有較明顯的影響。但對(duì)型號(hào)GL5528與GL12549的CdS光敏電阻而言，仍具有良好的線性。故在選材時(shí)，若要排除溫度影響，則應(yīng)優(yōu)先考慮。

3.2 機(jī)械部分

該減速帶主體部分主要由橡膠保護(hù)層、彈性橡膠管道和非牛頓流體三部分構(gòu)成。另外在減速帶兩側(cè)設(shè)計(jì)了在能見度較低時(shí)可以發(fā)光警示的安全警示燈，由太陽(yáng)能板和壓電陶瓷為其提供電力支持。太陽(yáng)能板和壓電陶瓷安置在金屬條凹槽內(nèi)，對(duì)其加以保護(hù)。作品外觀如圖2所示。

近年來(lái)非牛頓流體型減阻劑在石油開采、原油和漿體型物料的長(zhǎng)距離管道輸送中起到了明顯的減阻增輸和節(jié)能作用[4]。也有文章指出在消防水中添加少量聚乙烯氧化物，可使消防車龍頭噴出水的揚(yáng)程提高1倍以上[5]。高分子聚合物的濃溶液和懸浮液等一般為非牛頓流體。本設(shè)計(jì)的非牛頓流體部分采用的是生活中較常見的淀粉與水按照2：1的比例制成的?？紤]到會(huì)發(fā)生沉淀現(xiàn)象，我們針對(duì)沉淀問(wèn)題進(jìn)行了防沉淀實(shí)驗(yàn)。

選擇的防沉淀劑種類有：硅酸鎂鋁MYGeL-EB2、硅酸鎂鋁PT-XC59F、硬脂酸。將等量淀粉和水按照2：1的比例混合裝在四個(gè)同等規(guī)格的燒杯中分別用標(biāo)簽標(biāo)注硅酸鎂鋁MYGeL-EB2、硅酸鎂鋁PT-XC59F、硬脂酸和空白對(duì)照。將三種防沉淀劑按照10：1的比例分別加入對(duì)應(yīng)的燒杯中。效果如圖3所示。