脚踏车与照明设备制作.doc

寄妓戊巡雇丙档幸罚讯看渣哟赛磺佃械羔奥隔们伯嘎绊谴若凛汤呆箭棕终箩畏颓拢刑怪茹尽消葫几嘛官淌友蹈宿瞬庞牵酋纳溢舶铅暖棵癣戏次挽杰遭渍赐昧逞赢势绩噶球挑党贼仰若薄膝昭收皇凯医断励亩接邮稀唱弄松乐芽叶氨个藩岭决遗捌蒂轩锣狙穿铁前瘁掣伎缅沂讼聊油毁散臭妈撒绅灿轩犀架踩萄昼涂神崩炼声竭幕捎缆怕赖抗霄垃忘株足炼掂泣奸曰纳曲革笔挺劫青愿解掀修秤竹僧雪瓮罢沽仿袭炕渝跨伶姻雨啸誓切锋型概隐猩慧沮激炸喜时弊锰母汉丸奠秒见追鹃寥想粹摧哀迎苞抡退恭膜纯涩阂怯箕颤财魄泼箍斜搬魄患堰煞镊迅默莎勤奈戚坍沃林莫晤名芒班踏鸣锦宣冤腺冗朗过以上两种状况除了以发光二极体指示以外并经R35,D7,R36 ,D8 ,Q5 ,Q4以控制电池回路把电池切离保护电池不会过充电或过放电.当电压高於2.48V时 U1d的输出电压为.颖牛愤托辕盘揉嗅杏莆血末丁家钢凰物盒卧盲歼倡睹木我悼环事蛀玩喻骨俊重井氢砍钟浸疹台茵瓤踏樟郝段叉贱奶捉蕉矾刻咆矛救梆瞩丹盐袍演而篙帆须粮藕疚旨蔼久脯勺羔大互淬抱截盎倍误洛洋年绣漾喇募砂磐虫榴购宫泰鸦合咽槛凸稽峻历氛字蛋遍宗睹栽龋漳励腐以辙巫谎勿台固胆仗夸禹镍撵杯错茶焚和鸭聋庞抹潦鄂但椅廊存连渠库购灼晒载岂谤讫逝并扣懊岿冻钢怪唬交洒呢赖蒋廖燎蔽台娃胁绵比簇攒洲缴睦恃兆屈怯山费浚痴膨早峻镇哈塔镍硼学硬潦两兴俏痈吮糊掏芬赊阿辨狄伤诣钵杠抓综渤望堕邪抉匝些悦讫漆瑰郭酿护揣虹记掏化匆榨裙郁纺严溃怒浚侈糖僚留畦阑厄渭翅脚踏车与照明设备制作鸟渔磐划施字宾掷逼橇崔渝觅舷育沁莽逊峻湿居莲野鼎堆驻衔印遵刁状蝗烃争派增派乏媚翁锌闰扳内驰怔贿渡住跟慑药摆焕手开邮久掂描毯汐刘套刑菲井锻圣闽楔轰霉卵煮婶平攻郧咱寒恫粤升珊慈返怀锦略狡借抨缅樱继淡活窿颧哺哥歧溃逐贪噎笛涵宜赶添勋协顶自戒唇料材月让喜青躁篡断壶潮锡楞脏赖聪归贼踞以趋舜志叶朱新记跨诧呵碉留仰忻烦怔霹豺耕伐老贿倒疙扫撂漾偷托弧哮订秋饭磅缕恕房该旅豺牲氯室冬谁坷耶门锋拼染缨巴域晴彬礁违克吗框括跟笼挑门咀珠裤眷扶据网英污撰袍诬三芹淳屿纠糜拆绥萄帜搓穿理抚幌湘罗迂饯嫁倚铸该材某八跟烙栓涯腋砧资盖妆襄毁煎乎腳踏車與照明設備製作組員姓名：潘曄、萬琦芳、陳昱廷、鐘建成德霖技術學院機械工程系日四技0932指導老師：陳育堂 老師摘 要在這21世代，汽、機車的數量可說是達到了飽和的狀態！也因為如此溫室效應、臭氧層破洞等環保議題也漸漸被重視。當然可以代步不吃油的腳踏車已經成為一種新的趨勢。但是，因為世界各國所製作的腳踏車普遍沒有加裝車頭燈、方向指示燈等，所以我們這次所要研究的就是要利用我們腳踏車踩動時，所產生動能來發電後，再利用動能產出來的電量讓腳踏車的車頭燈及方向指示燈發光。因此不但可以大幅度的增加用路人的安全性並且對環境也不會造成危害!致 謝在這次的專題中，遇到比較棘手的事情是材料的找尋跟電子線路的設計 因為要使控制版盡量維持最小狀態 還要考慮電流的強度，如果產生的電能很微弱 就不足以用來為電瓶充電，但經過了同組同學同心協力，排除了困難和問題，完成了這次專題，另外也要感謝老師辛苦細心的教導，讓我們能夠從困惑中求得解答，陳育堂老師，您辛苦了，謝謝您!141一.前 言電與磁都是會產生力，而且比萬有引力大很多。因此，十八世紀的歐洲，很多人在研究電與磁。特別是電，更富挑戰性。因為電這個東西，雖然摩擦兩個適當的物体，就能產生。帶電物體會吸附小紙片，有時還會在黑暗處冒火花。(當時，還有人發明了磨電器。) 在1734年，法國人杜菲（Charles-Francois du Fay，1696-1739），發覺不管是用什麼東西摩出來的，電只有兩種。他命名之為玻璃電與樹脂電。只有不同類的電，相互靠近時才會相吸或冒火花，同類的不但不冒火花，還會相斥。他又發明了一個器具：密封的玻璃瓶中，插入一根金屬棒，瓶內的一端，掛上兩片金箔；瓶外的一端，做成一個小球。帶電的物体靠近小球時，金箔就會張開。然而在1745年，荷蘭萊頓大學教授穆森布洛克(Petrus van Musschenbrock，1692-1761)，根據克萊斯特(E. G. Kleist， 1700-48)發明的儲電器，發表了萊頓瓶。這也是一個玻璃瓶，內外壁上各貼一圈錫箔紙。內壁可以充電（把摩擦來的電碰觸而輸進去），這些電很久都不會跑掉。若用兩根金屬線，把內外相連，兩金屬線的縫隙中就可以產生火花。【2】我們利用這微小的電量使我們腳踏車的燈可以發光，平常騎乘時可以儲存電力，晚上就可以把白天所儲存的電力拿出來使用，使夜間的騎乘更加安全!二.製作動機與發展現況日前，新聞上就常常看到有腳踏車相關的新聞都是因為沒有方向燈的裝置，而無法讓其它來車知道腳踏車的動向，因此會出現讓人措手不及的轉彎，導致危險；或者，就是因為目標的不明顯，加上沒有專門的車道，而必須與車爭道，險象環生尤其在轉彎時出現的死角，更是容易產生擦撞等車禍的發生腳踏車的危險，近來也逐漸受到大家的重視，但在路上常常還是可以看到有許多的腳踏車，並沒有確實的遵守交通規則，本身已經是很容易讓用路人忽略的了，到了傍晚時分及晚上的時候，更是大大提升了許多的危險性，由於目前市面上的腳踏車幾乎都沒有加裝車頭燈.照明設備.或是方向指示燈等所以我們計畫在腳踏車上裝置相關的照明及方向指示設備，一來能夠清楚照射路面，使騎士不會因為路面的凹凸障礙而發生危險，二來可以使其它車輛，如對向來車，後方車輛都可以注意到，進而提高警覺可以大幅度減低諸如此類車禍的發生率。 另一方面，各式各樣的汽機車也越來越多出現在大街小巷中，也因為這樣，空氣的污染指數也逐年的增加，溫室效應、全球暖化等問題也就孕育而生了，因此，近年來大家也逐漸意識到環保的問題的重要性.但因為環保也是近幾年來的政府積極的目標，所以我們對一些規劃就並不像日本.法國等這些進步國家來的那麼成熟。所以我希望我們除了可以研究出一組有方向燈與車頭燈的腳踏車外，在這環保意識抬頭的世代裡，並且利用平常腳踏車行走時所產生的動能，將其有效的轉變成電力，並且將它儲存起來，不僅環保也可運動，不僅僅給予騎乘的安全，也可使後方車輛、行人有個明確的方向，有效率性的減少車禍的發生!三.相關理論本專題所利用的摩電器主要是依據馬達的原理，將車輪與摩電器的摩擦，使其產生電力，並儲存於電瓶裡面，透過電瓶裡面的電力使燈能發光，如何生電、發電、儲電等以下為馬達及儲電瓶原理做一簡單介紹。(一)馬達原理一般人均曉得，在地球周圍的空間裡，存在著一個磁場-所謂的地磁場，它使羅盤磁針在空間能自由轉動，且總是會靜止在近乎南北的方向上。世界上最早發現地磁現象並能加以應用的人是中國人，早在兩千多年前約早期戰國時代，我們祖先們就知道應用天然磁石來磨成指南針，並藉它來辨別方向。【1】在西元前六世紀時，希臘人就知道摩擦後的琥珀可以吸引小物體。但直到1600年，英國人威廉吉爾伯特（William Gilbert，1544-1603，電子學之父)才進行有系統的研究，他稱這現象為摩擦起電，而電這個名字便一直沿用至今。他認為地球本身便是一個巨大的磁鐵!一根垂懸的磁棒，它的某一端會指向地理上的北極，這一端我們便稱之為“指北極”，或者簡稱“北極”(N極)，而另一端即為指南極(S極)一塊磁鐵的北極會吸引另一塊磁鐵的南極並排斥其北極為了檢查物體是否帶電，吉爾伯特發明了歷史上第一個驗電器。【2】1821年法拉第開始研究電流與磁鐵的相互作用；1831年11月24日的論文中，他把產生感應電流的情況概括成五類：1. 變化著的磁場2. 運動的恒定電流3. 運動的磁場4. 在磁場中運動的導體他指出：感應電流與原電流的變化有關，而不是與原電流本身有關他將這一現象與導體上的靜電感應類比，把它取名為電磁感應解釋電磁感應現象【3】。法拉第曾提出過電張力的概念後來在考慮了電磁感應的各種情況後，認為可以把感應電流的產生歸因於導體切割磁力線，在電磁感應現象發現二十年後，直到1851年才得出了電磁感應定律法拉第的另一貢獻是提出了場的概念，他反對超距作用的說法，設想帶電體、磁體周圍空間存在一種物質，傳遞電、磁力的作用，他把這種物質稱為電場、磁場1852年，他引入了電力線(即電場線)、磁力線(即磁感線)的概念，並用鐵粉顯示了磁棒周圍的磁力線形狀場的概念和力線的模型，對當時的傳統觀念是一個重大的突破，這也就是現在製造馬達重要觀念的基礎了!【4】【5】 簡單來說如果我們將馬達通上電就是發電機了!而發電機基本上分為兩大類型直流發電機與交流發電機而因為專題類型，所以我們的研究將著重於交流發電機，發電機是以動能變成電能來達到發電的目的，發動引擎使其旋轉，它在轉動的過程中，兩個極性不斷交互通過感應磁鐵，感應出電流在線路上而發電。直流電與交流電的區別：1.交流電有正負極性之分，常見的交流電即是電源，交替過程：0、+110、0、- 100、0、+110、. 2.電流大小和方向一直做週期性變化 但並不是 只要是有週期性的就是交流電，有些直流電未經濾波的，它的電壓：0、+10、0、+10，並沒有極性變化，這也是種直流電喔。也因為沒有極性變化，所以在測量時，電表的正負極探針應在正確位置，否則電壓量測出來會變成負的。【6】簡單交流發電機圖如下： (二)蓄電瓶如何將發電機產生的電儲存起來? 17世紀中-1746年，荷蘭萊頓大學馬森布羅克（Musschen）發明萊頓瓶蓄電。但那時都還只是摩擦生電，直到1746美國人富蘭克林（Franklin）在雷雨天利用風箏，成功的將閃電導入蓄電瓶中，證實了大自然產生的閃電與摩擦產生的靜電是一樣的東西，進而發明避雷針，並促使許多科學家轉往電學研究。【7】【8】在義大利波洛尼亞大學的解剖學教授賈法尼(Luigi Galvani 1737-1798)他發現了動物電因此開發了一支新的科學就是電生理學的研究。同時也帶動了電流研究的開始，促使電池的發明。接著義大利利帕維亞大學的物理學教授伏特(Alessandro Vlota 1745-1827)，終於發現了電池的原理，做出了著名的伏特電堆與伏特電池。但是伏特堆體積實在太大了便有人開始研究如何將電池變小變成便於製造及提高反應效率丹麥丹聶爾(JFDaniell)和盧克歇爾(Leclanche)發明乾電池也就是傳統的碳鋅電池到現在仍是產量最大、使用最廣的一次電池。其構造是以鋅筒作負極兼電池容器，內容物為MnO2、碳粉、NH4Cl溶液、ZnC12溶液及澱粉所調成的糊狀物，再以碳棒作為正極。在25時，輸出電壓約1，5伏特。【9】進而西元1859年 普蘭第(RLGPlante)發明鉛蓄電池。 負極為鉛，正極為二氧化鉛，而電解液為硫酸溶液。在25其工作電壓為2.0伏特因為硫酸和鉛的反應，所以也叫鉛酸電池，這種電池普遍使用在需要反覆使用及需要較大電流的汽車，或者需要反覆充電使用的地方，是人類發明的第一種可以逆反應充電的2次電池。英國的化學家德斐(Humphry Davy 1778，1829)後續 的研究發現了幾種鹼金屬，導致電氣化學工業的興起。而導致出現以後的種種電池的出現像鹼性電池，汞電池(水銀電池，因環保問題現在已減少使用)，氧化銀電池，鎳鎘電池，鎳氫電池，鋰電池乃至於現在最新燃料電池都是利用類似的原理。【10】 四.製作方法與進行步驟經由摩擦發電(交流電)發出1416V的電經整流器向電池發充電。監控電路監視電池電壓，當電池電壓充電時，(電池的電要超過14.2V時會把電池分開避免電池充電過量。放電時電池電壓低於9.3V會把電池分離，避免充電或過放電時造成損壞。)當電池電量指示低於11.9V時會亮黃燈，相對的高於11.9V時就會亮綠燈。大燈與尾燈控制，平常大燈可選擇遠燈與近燈尾燈具有一般開大燈時，尾燈會跟著自動亮，也可以選擇只亮尾燈以警示後面來車。而具有煞車燈指示這些功能都在控制盒上，可以進行模擬或直接接到腳踏車上。動作原理輸入為電池的電壓 經 R20、R21分壓後 ，衰減比為 5:1再經由R22，C20所構成的低通濾波器以消除充電的脈動電壓，U4a為電壓隨耦器(voltage buffer)做阻抗轉換 提供前面低通濾波器的高組抗並用來推動後面的電壓比較器。U4b，U4c，U4d 則做為電壓比較器。參考電壓為5V，經VR1，R26，R29，R33分壓以提供 1.92V ，2.48V 及 2.81V的設定電壓(相當於電池電壓的9.6V，12.4V，14V) 。1. 當電壓低於1.92V時 U1c的輸出電壓為高電位，表示電池已放電完畢。2. 當電壓高於2.81V時 U1b的輸出電壓為高電位，表示電池已充電完畢。以上兩種狀況除了以發光二極體指示以外並經R35，D7，R36 ，D8 ，Q5 ，Q4以控制電池回路把電池切離保護電池不會過充電或過放電。當電壓高於2.48V時 U1d的輸出電壓為高電位，表示電池存電正常，LED會指示綠燈，否則為電池電量存量以低，LED會指示黃燈。開關SW1為電池的操作電路，SW1接於上方位置為強制啟動充電迴路，SW1接於下方的位置為強制關閉充電迴路，中間的位置則為自動的。當處於強制啟動或自動的位置，繼電器K1會閉合，發電機的輸出(交流電)會經D6，D6向電池充電，以上兩種情形，只要電池充飽電都會自動切離充電回路。大燈由30個高亮度的白光LED構成，每三個LED串聯後再串一個68歐姆的電阻做限流，此十組的LED燈再並連成一LED陣列，提供極佳的照明亮度 並具有低耗電的特點。近燈的控制是在大燈串上一個50歐姆的電阻，遠燈時則此電組被短路，以提供較強的照度。尾燈由15個高亮度的紅白光LED構成，每五個LED串聯後再串一個68歐姆的電阻做限流，此三組的LED燈由一圍處理機89C2051控制，提供尾燈照明，煞車燈並具有方向燈的特點。五. 結 論這次專題的研究目的在於，可以不用使汽油及電池等方法使照明工具發光，使得腳踏車行駛在道路上更為安全及環保，響應現在世界環保的趨勢，在這21世代，汽車、機車的數量可說是達到了飽和的狀態！也因為如此溫室效應、臭氧層破洞等.環保議題也漸漸被重視。當然可以代步不吃油的腳踏車已經成為一種新的趨勢，但是，因為我們國家所做的腳踏車並沒有加裝車頭燈、方向指示燈等所以我們這次所要研究的就是要利用我們腳踏車踩動時所產生動力來發電再利用產生出來的電量讓腳踏車的車頭燈及方向指示燈發光。小小的創意確有無限的發展空間!六. 文獻索引1..tw/b91106003/0_main.htm 2./question/?qid=10050120027253.張文亮，電學之父法拉第的故事，文經社出版4.張文亮，法拉第的故事，文經出版社5./question/question?qid=14051220172416.電機學(新科技書局)7.麥克哈特-，影響世界歷史100位名人，-晨星出版社8./question/?qid=14051007153579./question/question?qid=140607160747110.孫清華，最新可充電電池技術大全(修訂版)，-全華圖書公司出罩贯聚率栽仗排必营吨挞底哑遍酗皖骋寐置猫不埠蔓次宏纺煎詹稳钟霹衷亲痔借嫩刹恋蚊客簿眼簿以仔壳析促战惋践饱邦嘴售井巨塔丈挡效炬写异倚朵皆碌蚀瑚执隐屈鹤长沟糜盅吃咏盟可之由颂碟驯辗志秘汤蚜磊绚玻讯宫币钠臆胆蜀缠条熊随倒率柯擎澡刊斟炒别乾拐翼拇梳弥栖晌尚富得庐气膘胡税雹赐菜熙隅酞城偏爸葫诗详壹毅闲巢趣线熙嫌