毕业论文--胯关节能量收集装置的设计--.docVIP

目 录 目 录 1 第1章 绪 论 2 1.1 课题背景 2 1.1.1胯关节运动能量收集装置的设计背景 2 1.1.2能量收集装置的基本知识 2 1.2 胯关节运动能量收集装置的介绍 3 1.2.1基本特性 3 1.2.2 MCS-51单片机的硬件组成结构 4 1.2.3 MCS-51的引脚功能 9 1.3 AT89C51单片机介绍 12 第2章 系 统 设 计 13 2.1 总体方案设计 13 2.2 硬件电路设计 14 2.2.1电源电路设计 14 2.2.2系统扩展 17 2.2.3监控电路设计 21 2.2.4模拟输入通道设计 25 2.2.5模拟输出通道设计 31 2.2.6开关量的输入、输出的设计 35 2.2.7单片机与PC机之间串行通信 36 2.3 软件设计 45 2.3.1主程序模块 45 2.3.2数据采集、通信模块 46 2.3.3监控模块 51 致谢 52 参考文献 53 第1章 绪 论 1.1 课题背景 1.1.1胯关节运动能量收集装置的设计背景 1、发电地板：东日本铁路公司定于19日在东京站八重洲北口试验“发电地板”。这种神奇的地板能将乘客走路时产生的能量转换成绿色能源。铁路公司18日向媒体展示了这套装置。这种白色地板铺设在两台检票机之间，利用乘客走过检票口时产生的振动发电。（08年1月） 2、充电鞋：日本电信电话公司正在研制一种“充电鞋”，行人可以一边走路，一边发电。这种鞋鞋底内装有水和一个小型发电机。人们穿着这种鞋子行走，鞋底产生的压力使水流动，带动发电机发电。公司发言人天满秀臣说，“发电鞋”发电功率为1.2瓦特，“只要保持行走，发电量足以使iPod运转”。研究人员正努力把发电功率提高到3瓦特，以便给手机充电。（08年10月） 3、脚踏发电装置：美国某公共交通公司，在行人拥挤的公共场所，安装一种脚踏发电装置，它上方有一排踏板，当行人脚踏踏板时，与踏板相连的摇杆从一个方向带动中心轴旋转，从而带动发电机发电。技术人员还将20块金属板铺在路面上，在每块板下放置一个储蓄循环水的橡皮容器。当人群或汽车通过以后，橡皮容器内的水压出去，产生高速水流，经过地下通往路边的发电机房，推动水轮机发电。在人群或汽车通过以后，橡皮容器又恢复到原状，水返回窗口准备再次受压。如此循环往复便能不断产生电流，当上百人或一辆5吨重的汽车通过时，可产生7度的电力。 1.1.2能量收集装置的基本知识 能量收集装置主要是将机械能、风能、热能等转化成电量储存起来为人们所使用。最常见的是把机械能转化为电能，主要是由一定机械装置将原动力元件和小型的发电装置连接起来，再通过整流电路将电量输送到蓄电池中。 胯关节运动能量收集装置的设计内容及需解决的问题 1.2.1胯关节运动能量收集装置的设计内容 1、从人的行走中获得最大限度的动能； （1）、首先要研究的内容是如何从人的行走中获得能量，经过观察研究，人在行走的过程中，臂关节、肘关节、膝关节和胯关节的运动幅度最大，臂关节和肘关节的运动都属于辅助运动，力度和幅度不是很大，由于人行走时主要依靠腿部的力量和运动，因此我们希望从膝关节和胯关节的运动中获得能量，而人的大腿处的肌肉比较发达，且人的胯关节运动的幅度要比膝关节的大，从上述的分析中我可以肯定选择胯关节来提供能量是最合理的。 （2）、其次要研究的内容是以什么方式来得到这部分能量，人在行走过程中胯关节做有规律的来回转动，可以用摆杆机构来解决问题。 ２、设计有效的机构来产生足够的动能； （1）、上一步得到的摆杆运动不能直接用在发电机上，要将其进行转化，这就是这一步要研究的内容，摆杆运动的转动角度有限不能使发电机有效的转动来产生电能，需要用齿轮将小幅度的转动转化成快速有效的运动。 （2）、发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。 发电机也是研究的重要内容，由于此装置有体积小，动力小的特点，因此发电机的改进显的很重要。 ３、设计合适的动电能转化电路； （1）、贮能装置对独立运行的发电机是十分重要的。其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。 （2）、贮能电路以及转化电路也是要研究的对象，主要是如果将发电机不稳定的电流转化成稳定的电流以供人们使用。 1.2.2胯关节运动能量收集装置需解决的问题 1、如何从人的行走中获得能量，我们希望从膝关节和胯关节的运动中获得能量，要解决的关键问题是选择人体的哪一个部位来提供动能。 2、研究的另一个关键问题是以什么方式来得到这部分能量，人在行走过程中胯关节做有规律的来回转动，可以用摆杆机构来解决问题。 3、摆杆运动不能直接用在发电机上，要将其进行转