一种多功能光伏防雨鞋架的制作方法

本发明涉及一种多功能光伏防雨鞋架，属于光伏应用技术领域。

背景技术：

伴随着全球工业化的发展，气候的变化已经逐渐趋向无规律可循。早上可能还是阳光明媚，风和日丽，稍纵即可倾盆大雨。城市化生活多是双职工，在外面晒的鞋子或者衣服来不及收拾到房间内而被淋湿。目前市场上主流的鞋架都是悬挂式的，暴露在户外，而且只能晒少量的鞋子。当遇到下雨天气时，不能起到任何防护措施，从而导致鞋子被淋湿，有时甚至减少鞋子使用寿命。室内鞋子摆放不整齐会使得家庭布置显得格外凌乱，且占用空间。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多功能光伏防雨鞋架，可根据天气自动关闭，防止鞋子被淋湿。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多功能光伏防雨鞋架，包括：太阳能电池板，鞋架框架，鞋架板，辅助支撑，蓄力弹簧，齿条，鞋架驱动齿轮，单片机，电机驱动，电机，电机支架和主动齿轮；所述太阳能电池板位于鞋架框架的上表面，鞋架框架内设多层鞋架板，且鞋架板向内倾斜；所述辅助支撑安装在鞋架框架的后板上，且鞋架板通过旋转副连接在辅助支撑上，每个鞋架板配一个辅助支撑；所述蓄力弹簧有两根，两根蓄力弹簧的上端连接在鞋架框架的顶板上，下端与齿条的上端连接，两根弹簧平行安装；所述鞋架驱动齿轮与鞋架板直接相连，且每个鞋架板配一个鞋架驱动齿轮；所述主动齿轮安装在电机的主轴上，并与齿条啮合，每层鞋架板的鞋架驱动齿轮安装在旋转副的轴上，并且与齿条啮合；所述齿条与主动齿轮，鞋架驱动齿轮啮合构成齿轮机构；所述主动齿轮与电机连接，电机放置在电机支架上；所述电机驱动用于电机脉冲，使电机工作。

前述的鞋架框架的底部设有滑轮。

前述的鞋架还包括蓄电池，所述蓄电池用于存储太阳能电池板产生的电。

前述的鞋架还包括通风扇，所述通风扇安装在鞋架框架的后板上。

前述的通风扇为1个或多个。

前述的电机为57步进电机，额定电流为4A，额定电压24伏，额定功率为96W。

前述的太阳能电池板的铭牌功率为320W。

前述的鞋架驱动齿轮的模数为1.5，齿数为36。

前述的当太阳辐照度大于300W/m²时，太阳能电池板产生的功率大于电机的额定功率，单片机、电机驱动得电，电机驱动给电机脉冲，使电机工作，电机带动主动齿轮转动，主动齿轮驱动齿条克服蓄力弹簧的拉力的同时向下运动，齿条又驱动鞋架驱动齿轮顺时针转动，此时鞋架板就随同鞋架驱动齿轮一起转动，从而鞋架板开启，当单片机的内部程序执行完毕后，上电保持，电机停止转动，同时鞋架板保持开启的状态。

前述的当太阳辐照度小于300W/m²时，单片机、电机驱动失电，在蓄力弹簧拉力的作用下，齿条向上运动，齿条又驱动鞋架驱动齿轮逆时针转动，此时鞋架板就随同鞋架驱动齿轮一起转动，直至鞋架闭合。

本发明所达到的有益效果：

本发明遇到下雨天气，可自动关闭，防止鞋子被淋湿；底部安装滑轮，可滑动式，方便移动；鞋架板可收缩式，节省空间；当鞋架处于关闭状态时，可替代普通桌子供家人使用。本发明节能、环保、经济。

附图说明

图1为本发明的多功能防雨鞋架结构示意图；

图2为本发明的多功能防雨鞋架开启状态示意图；

图3为本发明的多功能防雨鞋架关闭状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的多功能光伏防雨鞋架，根据太阳能组件光生伏特效应，给蓄电池蓄电，并给单片机和电机供电，电机转动控制齿轮条向下运动，通过调节齿条驱动力和弹簧力的大小，实现鞋柜的开启和闭合。如图1所示，本发明由太阳能电池板1，鞋架框架2，鞋架板3，辅助支撑4，蓄力弹簧5，齿条6，鞋架驱动齿轮7，单片机8，电机驱动9，电机10，电机支架11，蓄电池12，滑轮13，通风扇14和主动齿轮15构成。具体的，太阳能电池板1位于鞋架框架2的上表面，鞋架框架2内设多层鞋架板3，鞋架板3向内倾斜。鞋架框架2的底部设有滑轮13。辅助支撑4安装在鞋架框架2的后板上，且鞋架板3通过旋转副连接在辅助支撑4上，使鞋架板3可以绕着辅助支撑4的旋转副转动，以完成开启和闭合的动作。蓄力弹簧有两根，蓄力弹簧上端连接在鞋架框架2的顶板上，下端与齿条6的上端连接，两根弹簧平行安装。主动齿轮安装在电机的主轴上，并与齿条啮合，三个鞋架驱动齿轮分别安装在鞋架框架一端的旋转副的轴上，并且与齿条啮合。齿条6与主动齿轮15，鞋架驱动齿轮7啮合构成齿轮机构。

鞋架驱动齿轮7与鞋架板3直接相连，且每个鞋架板配一个鞋架驱动齿轮。主动齿轮15与电机10连接，单片机8和电机驱动9得电后，电机驱动9给电机10脉冲，使电机10工作，电机10带动主动齿轮15工作。电机支架11用于支撑电机10，蓄电池12可以安放在电机10和电机驱动9的那一个板子上。通风扇14安装在鞋架框架2的后板上。

本发明的工作原理为：根据太阳能组件光生伏特效应，当户外光照强度达到一定强度时（辐照度300W/m²），蓄力弹簧上端连接在鞋架框架上，下端与齿条的上端连接，三个鞋架驱动齿轮与齿条啮合，而主动轮也与齿条啮合，当电机带动主动齿轮转动时，主动齿轮就会驱动齿条运动，而齿条就会带动鞋架驱动齿轮转动，从而使得鞋架板开合。具体运动过程是这样的，鞋架板开启：太阳能电池板1产生光生电流，光伏组件输出的功率足够驱动电机10运转，单片机、电机驱动得电，单片机驱动电机转动，电机带动主动齿轮15转动，主动齿轮驱动齿条6克服蓄力弹簧的拉力的同时向下运动，齿条又驱动鞋架驱动齿轮顺时针转动，此时鞋架板就随同鞋架驱动齿轮一起转动，从而鞋架板开启，当单片机的内部程序执行完毕后，上电保持，电机停止转动，同时鞋架板3保持开启的状态。使阳光照射到鞋子表面，达到晒鞋子的目的，此时由于齿轮机构提供的力大于蓄力弹簧力，因此蓄力弹簧5处于拉伸状态，如图2所示。

单片机内部是C程序，当单片机得电时，其内部程序都会复位到起始状态，而后执行程序，给单片机的串口发送固定的高低电平，而后驱动电机驱动发送固定的脉冲数给电机，驱使电机主轴转动固定的角度，从而主动齿轮转动固定角度，同时主动齿轮齿条克服蓄力弹簧的拉力行进固定行程，齿条又驱动鞋架驱动齿轮转动固定角度，从而鞋架开启固定角度，程序执行完成后，电机处于上电保持状态，直至系统失电，在蓄力弹簧的作用下，鞋架恢复闭合状态。

本发明中选用光伏组件铭牌功率为P_m=320W，即STC情况下（辐照度1000W/m²，光谱AM1.5，环境温度25℃）光伏组件最佳输出功率为320W。电机型号：57步进电机，额定电流为4A，额定电压24伏，额定功率为96W。

辐照度大于300W/m²，光伏组件产生功率为：

P_组件=320×300/1000=96W （1）

P_组件≥P_电机 （2）

P_组件表示光伏组件产生的功率，P_电机表示电机功率。

本实施例使用的鞋架驱动齿轮的模数为1.5，齿数为36，因此齿条的有效行程为：

1.5×36×85/360=12.75mm （3）

F_齿条＞F_弹簧 （4）

F_齿条为电机通过鞋架驱动齿轮给齿条的驱动力；F_弹簧为蓄力弹簧拉伸后的拉力。

由于齿条向下运动了12.75mm，因此蓄力弹簧被拉伸12.75mm，与此同时齿条啮合鞋架驱动齿轮转动85°，鞋架的展开角α=85°使阳光照射到鞋子表面，达到晒鞋子的目的。

由于这里的鞋架驱动齿轮模数为1.5，而齿数为36，但齿条6行程为12.75mm时，鞋架驱动齿轮7转过的齿数为12.75/36/1.5*360°=85°，而鞋架驱动齿轮7与鞋架板3直接连接，因此鞋架板3的开合角为85°。

当光照强度比较低时(下雨天气光照强度为300W/m²以下)，太阳能电池板1产生的功率不足以驱动电机10运转，齿条6上没有外界提供动力，此时处于拉伸状态的蓄力弹簧提供向上的拉力，齿条向上运动使鞋架板处于关闭状态，蓄力弹簧上端连接在鞋架框架上，下端与齿条的上端连接，三个鞋架驱动齿轮与齿条啮合，而主动齿轮也与齿条啮合，当电机带动主动齿轮转动时，主动齿轮就会驱动齿条运动，而齿条就会带动鞋架驱动齿轮转动，从而使得鞋架开合。具体运动过程是这样的，鞋架闭合：当光照不足时，单片机、电机失电，在蓄力弹簧拉力的作用下，齿条向上运动，同时驱动鞋架驱动齿轮逆时针转动，因此鞋架板也跟着转动，直至鞋架闭合。如图3所示，从而达到挡雨作用。

此时，

P_组件<P_电机 （5）

F_齿条<F_弹簧 （6）

与此同时，太阳能电池板在低辐照时（光照强度为300W/m²以下）产生的功率，可以直接驱动通风扇运动，起到除湿和散热的作用。通风扇安装在鞋架框架的后板上，由太阳能电池板通过稳压源直接供电，当太阳能电池板工作时，通风扇工作。

另外，当室外的鞋子晒干后，推动鞋架框架2，通过鞋架框架下的滑轮13移动，可轻松、方便的把鞋架移到室内。而且本鞋架在室内时处于关闭状态，其整体可用作普通桌子供家人使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。