基于户外探险及自然保护区的太阳能救生衣设计

刘 伟，颜鲁薪，杨伟鹏，张 育

（武威职业学院，甘肃 武威733000）

现如今户外探险的“驴友”越来越多，有些初级驴友缺乏经验，不注意野外环境带来的风险，容易发生失联情况。在野外发生失联情况就意味着有生命的危险。传统救生衣只有一个哨子和贴在救生衣上的反光带，这样的设备只能让人用眼睛和耳朵来寻找失事人员，故一旦失事失联人员无法及时与救援人员取得联系，所以须在救生衣上增添各种设备来增加救援率。由于在野外无法提供电能，故利用太阳能电池来供电及照明。该太阳能救生衣增加了救援成功率，为失联人员带来了希望[1]。

1 设计思路

救生衣利用GPS全球定位系统来实现定位，可精确到200米范围内，通过自带通话机制具体了解求生者身体，情绪等状况；利用无线电发射器发出求救信号，可对求生者近距离的位置确定，并且可以用于旅游团队中队员之间的信息传递；LED灯为失联人员提供照明及物理求救信号，并在一定程度上减轻被困人员的恐惧，焦虑情绪。为了解决失联后各电力器件的供电问题，并综合考虑到太阳能普遍、无害、巨大和长久等特点后，选择利用太阳能薄膜电池为各电力设备提供电能，这也将对野外生存及搜救工作又提供了一个非常有利的条件[2]。

2 总体设计

太阳能救生衣主要由太阳能发电储电模块、集成式控制模块、求救模块及外围模块四部分组成。太阳能发电储电模块由薄膜太阳能板和铅蓄电池组成，实现太阳能发电及储存的功能；集成式控制模块由微控制器和外围电路组成，实现保护电路及防止过充等功能；求救模块由GPS全球定位和声波发射器组成，实现精准定位及无线求救；外围模块由高亮度LED灯和蓄电池电量显示器组成，实现照明、引导救援和显示蓄电池电量[3]。

3 理论计算

3.1 负载功率

求援模块：无线发射器功率：0.018W。GPS定位模块功率：0.003W。

外围模块：电量显示器功率：0.03W。照明灯功率：3W

故负载工作电压为6V，功率为3.05W。

3.2 蓄电池的选择

蓄电池的容量BC计算公式为：

式中：A为安全系数，取1.1；

QL为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数;

NL为最长连续阴雨天；

TO为温度修正系数，取1；

CC为蓄电池放电深度，取0.85。

已知负载电压为6V，总功率为3.05W，每天工作10h。故该蓄电池容量为：

故选用蓄电池规格为：6V7Ah

3.3 光伏组件的选择

太阳能电池组件串联数计算：

式中：UR为太阳能电池方阵输出最小电压；

Uoc为太阳能电池组件的最佳工作电压；

Uf为蓄电池浮充电压；

UD为二极管降压，取0.7V；

UC为其它因数引起的压降，取1V；

已知蓄电池浮充电压为6.8V，柔性组件标准功率为0.5W，最佳电流为0.25A，最佳电压为2V，故柔性组件串联个数为：

故太阳能电池方阵功率为：

计算结果：需要太阳能电池组件功率为2.5W，共需5块标准电池组件串联，蓄电池容量为7(Ah)。

4 实验

安装无线信号测试软件，对无线电发射器件进行近距离测试，选择一片区域进行信号强度测试。我们对声波发射器的信号强度随距离的变化进行了测试，随着距离的增加声波发射器的信号随之降低，在100米范围内清晰，当距离大于100米时信号随之减弱，直到距离达到200米信号消失[4]。

5 应用前景分析

本产品开发的太阳能救生衣是将太阳能组件，无线电发射器，GPS定位器和照明融为一体的设备，可广泛用于野外，海上等复杂环境的救生工作，在人员的救生方面有着重要而深远的意义.近几年，我国接二连三出现“驴友”（也叫背包客）野外旅游遇险事件，2010年12月，由复旦大学学生等18人组成的旅游团在黄山遇险，当地民警张警官在营救途中坠崖身亡。2011年，又有5名驴友在广西千家洞旅游区因迷路被困山中，经各方全力施救才最终脱险。这引起了人们对搜救工作的思考。

武威市地处著名的“丝绸之路”要冲，东接兰州、南靠西宁、北临银川和内蒙、西通新疆，处于亚欧大陆桥的咽喉地位和西陇海兰新线经济带的中心地段，拥有丰富的旅游资源，著名的有祁连山国家自然保护区、马牙雪山等。由于景区面积大，所以对于景区搜救机制是一个巨大的挑战。面对这项挑战，太阳能救生衣就拥有了广阔的发展前景。传统的搜救工作搜救人员对于救生者具体情况知之甚少，具体位置很难确定，所以通常采用的是“地毯式”搜救方式，搜救成本巨大。

本产品通过对这些问题的研究，并成功克服了相应问题。GPS定位器可远距离对求生者进行位置定位，精确到200米范围内，通过自带通话机制了解求生者身体、情绪等状况；无线电发射器可对求生者近距离的位置确定，并且可以用于旅游团队中之间的信息传递。所有的设备的供电都由太阳能组件供应，这对野外生存又是一个非常有利的条件。

这些问题的研究与克服以及旅游地区的特殊自然环境，使得本产品在市场具有一定的竞争力，对于搜救机制的完善，旅游业的发展有着十分重要的意义。