伍成晶 陳霖周廷 王興坤 蘭明錕 陳廣

摘 要：據(jù)調(diào)研機構(gòu)數(shù)據(jù)表明，自2010年以來，國內(nèi)的LED燈銷量平均增幅達35%，且太陽能的使用量也成直線上升趨勢。一方面為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，另一方面則是解決人們生活需求，本研究設(shè)計了一款多功能臺燈——太陽能粘貼式臺燈。該臺燈利用可折疊技術(shù)，對臺燈外形結(jié)構(gòu)進行可伸縮設(shè)計，減少對空間使用面積，方便攜帶。該臺燈具有太陽能蓄電功能，節(jié)約能源。該臺燈采用粘貼式固定，使用方便。在臺燈底座設(shè)有USB接口，便于充放電。底座內(nèi)部裝有蚊香片，可供使用者驅(qū)趕蚊蟲。在臺燈頂部裝有風(fēng)扇，在炎炎夏日，臺燈不會有發(fā)熱現(xiàn)象。該款臺燈功能需求多樣化，實用價值高，可在社會上廣泛使用。

關(guān)鍵詞：LED；太陽能；多功能；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 緒論

由古至今，人類對照明技術(shù)的研究可謂是苦心孤詣。由遠古的火把照明到現(xiàn)在遍地開花的LED照明。調(diào)研機構(gòu)數(shù)據(jù)表明，自2006 年到2014年，國內(nèi)的LED臺燈銷售復(fù)合年均增長率達到49%。即使目前臺燈外型美觀，使用方便，但存在著很多弊端。第一，輻射大，傳統(tǒng)臺燈使用白熾燈或者熒光燈作為光源，能夠發(fā)射出紫外線，這些紫外線能夠穿透燈管表面，輻射距離長達一米，能夠?qū)θ似つw、眼睛和大腦造成直接的影響。第二，高頻閃，普通熒光燈的頻閃每分鐘大約50次，眼睛不舒服。第三，功能單一，市場上的臺燈大多都只有照明一個功能，不能滿足 其他使用需求。第四，使用時的固定方式，市場上的臺燈都是放置在水平面上，使用不方便。因此根據(jù)以上幾種情況，綜合能源、照明方式、照明工具等因素制作一款多功能的太陽能粘貼式臺燈，來彌補現(xiàn)在臺燈的不足，滿足使用者需求。

2 項目實施背景

步入21世紀后，人類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，能源和環(huán)境以成為全球的熱點問題。而能源問題更為突出，各國都在尋求解決能源危機的方法，一條道路是尋找新能源和再生能源的利用；另一條是尋求新的節(jié)能技術(shù)。由古至今，人類對照明技術(shù)的研究可謂是苦心孤詣。由遠古的火把照明到現(xiàn)在遍地開花的LED照明。不管是從熱能轉(zhuǎn)換為光能，還是從電能轉(zhuǎn)換為光能，都存在大量不可再生能源的浪費。

據(jù)調(diào)查可知，2010年起，中國超越美國成為世界上一次能源消費第一大國。2012年一次能源消費量為2735百萬噸油當量，占世界總消費量21.9%。2013年一次能源消耗量占全球22.4%，位居世界第一。LED被稱為第四代照明光源或綠色能源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點，廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等城市夜景等領(lǐng)域。通過大量的市場分析，市場對于臺燈的要求主要體現(xiàn)在：一是追求個性化；二是功能的多樣性及環(huán)保性。

了解臺燈的種類、材料、市場需求等情況，從中分析市場的變化趨勢，市場上的臺燈種類繁多，銷售量也不盡相同，主要區(qū)別于材料和創(chuàng)意。因此臺燈已不再是簡單的照明工具，而是逐步向組合化、裝飾化、高效節(jié)能化發(fā)展。調(diào)研機構(gòu)數(shù)據(jù)表明，自2006 年到2014年，國內(nèi)的LED臺燈銷售復(fù)合年均增長率達到49%，如圖1所示。而海外市場達80%的家庭普及率，LED照明市場呈逐年上升趨勢。此外，中國臺燈產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告首次提出“新型臺燈產(chǎn)業(yè)”和“替代品產(chǎn)業(yè)”的概念，并以此為基礎(chǔ)，界定了其具體的內(nèi)涵，建立起評價體系和量化指標體系。

3 臺燈的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 粘貼式太陽能臺燈的組成

太陽能粘貼式臺燈是一種將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能的新型獨立節(jié)能產(chǎn)品，它主要是由LED燈、蓄電池、隨心粘、太陽能板組成。這款臺燈最大的特點是可操作性強、節(jié)省空間、集成化高、易安裝、節(jié)能環(huán)保、安全等。

3.1.1 LED燈

發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。具有節(jié)能、長壽、環(huán)保、無頻閃、高速狀態(tài)工作等優(yōu)點。

塑料材質(zhì)：隔水性好、色澤鮮艷、耐腐蝕、牢固耐用，質(zhì)量輕，不易碎，耐老化，加工靈活自由，價格便宜，但環(huán)保性差，長時間高溫易變形。

3.1.2 太陽能板

是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部分。其主要的功能是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，給蓄電池提供電能。

3.1.3 隨心粘

一種行行復(fù)合材料制作而成，可以重復(fù)使用，方便攜帶。其主要的功能是可以將所需物品粘到木質(zhì)平面、墻面、玻璃面等平面。通過自身的吸附力將兩件物體進行固定，起到銜接作用。

3.1.4 蓄電池

由鎳鎘電池（NiCd battery）改良而來的，其以能吸收氫的金屬代替鎘（Cd）。它以相同的價格提供比鎳鎘電池更高的電容量、比較不明顯的記憶效應(yīng)、以及比較低的環(huán)境污染（不含有毒的鎘）。其回收再用的效率比鋰離子電池好，被稱為是最環(huán)保的電池。

3.2 結(jié)構(gòu)發(fā)明內(nèi)容

太陽能粘貼式臺燈發(fā)明主要由底座、燈罩和中間桿件組成。每個構(gòu)件間由萬向轉(zhuǎn)換頭連接，實現(xiàn)臺燈折疊、方向轉(zhuǎn)換等功能。

3.2.1 底座（圖3）

臺燈底座設(shè)計為一個長120mm，寬、高都為80mm的長方體。臺燈底座是臺燈的身體部位，其里面包括蓄電池、電路板。蓄電池是供給臺燈照明的電源，決定臺燈持續(xù)工作時長。電路板是控制臺燈工作形式的元件，是臺燈的心臟。

3.2.2 中間桿件（圖4）

中間桿件是連接底座和燈罩的支撐構(gòu)件，其是有兩個形狀、大小都相同的圓形管道構(gòu)成。中間桿件一方面可以支撐臺燈工作，一方面可以實現(xiàn)臺燈折疊達到減小空間占有量。

3.2.3 燈罩（圖5）

燈罩是臺燈的執(zhí)行部分，其結(jié)構(gòu)主要目的是用來固定LED燈，其形狀主要目的是用來控制燈光，保護視力。

3.2.4 粘貼部分（圖6）

將臺燈底座設(shè)置有四個小矩形和一個大矩形。其主要目的用來固定隨心粘，方便使用者固定臺燈工作時的狀態(tài)。

3.3 結(jié)構(gòu)實施方式

臺燈是由許多個零部件組成的，每個零部件間都有不同的工作形式和連接方式。

臺燈燈泡包括多個依次嵌套且可以相對滑動的單體，每個單體的底面上設(shè)置有LED燈泡，內(nèi)嵌套單體側(cè)面設(shè)置有LED燈泡的通斷電開關(guān)。為了實現(xiàn)伸縮的同時逐節(jié)點亮或熄滅LED燈泡，在殼體側(cè)面設(shè)置觸發(fā)開關(guān)，當單體之間收縮嵌套時，開關(guān)壓縮，LED燈泡的電源斷開，當單體之間滑動伸出后，開關(guān)恢復(fù)原狀，LED燈泡的電源接通。臺燈底座（圖3）的側(cè)面設(shè)置2個USB接口，臺燈可實現(xiàn)充電、放電功能。底面設(shè)置有隨心粘卡槽，將隨心粘固定在卡槽內(nèi)，當臺燈使用時揭開卡槽蓋，反之關(guān)閉即可。內(nèi)部設(shè)置有蓄電池、電路板、光伏板充電盒、風(fēng)扇、蚊香片。蓄電池與光伏板充電盒相連，充電盒長18cm，寬12cm，高15cm。其長方體盒子上端放置光伏板，且單獨作為一個整體出現(xiàn)。光伏板下邊放置電路板，電路包括充電電路和過充保護電路，充電盒有指示燈顯示。底座的前端面上設(shè)置有風(fēng)扇開關(guān)，可獨立啟動無葉風(fēng)扇，風(fēng)從無葉風(fēng)扇內(nèi)側(cè)的條縫中射出。蚊香片設(shè)置在風(fēng)扇斜上端，通過風(fēng)扇驅(qū)動蚊香散布空間，達到蚊香片作用。底座與中間桿件、燈罩與中間桿件都是利用萬向接頭連接。桿件通過底座表面設(shè)有的滾槽將桿件和底座處在一個平面，燈罩利用萬向接頭轉(zhuǎn)動和底座側(cè)面設(shè)有的卡槽固定，可作為手電筒來使用。巧妙的節(jié)省了空間，提供了集成度。

4 結(jié)論

本研究設(shè)計的太陽能粘貼式臺燈，其主要由由LED燈、蓄電池、隨心粘、太陽能板組成。第一，太陽能蓄電，臺燈上的太陽能電池板可直接將吸收太陽能轉(zhuǎn)化為供臺燈使用的電能儲存在蓄電池中，不僅節(jié)約能源而且環(huán)保。第二，粘貼式固定，底座上的隨心粘可將臺燈在空間平面上固定，方便使用。第三，折疊式設(shè)計，極大減小占地面積，便于攜帶。第四，利用LED燈照明，節(jié)能、長壽、環(huán)保、無頻閃、高速等。該款臺燈功能需求多樣化，實用價值高，可在社會上廣泛使用。

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