本发明涉及新能源与节能环保领域，具体涉及一种利用人体重力势能进行发电的新型楼梯结构。
背景技术：
中国目前存在能源短缺的问题，在节约能源的同时，研究新型发电方式同样非常重要。生活中有着各种各样的能量尚没有得到充分利用，在某些情形下，简易发电装置可以达到节能的效果，减少家庭和公共场合的电费支出，减小从公共电网取电的需求。同时，新型发电方式不会对环境造成污染和破坏，因此值得大力推广。学校上下课的时间规律容易控制，在课间休息时，上下教学楼楼梯的人员比较集中，而且能量密度高，合理收集该能量具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于，针对现有技术之不足，提出一种应用于教学楼的楼梯发电装置，该装置结构简单，安全方便，绿色环保，能量利用率高，具有很好的社会效益及推广应用价值。
本发明采取的技术方案是：一种应用于教学楼的楼梯发电装置，主要包括：移动平板1、弹性体2、壳体3、微型压晶体4、晶体导线连接板5、台阶外壳6、导线7A、导线8B、导线9C、导线10D、导线11E、蓄电池12、控制器13、传感器14和灯泡15。所述各层楼梯中每级台阶的移动平板1均水平布置于楼梯表面，每级台阶的移动平板1正下方安装有弹性体2，每级台阶的弹性体2正下方安装有壳体3，每级台阶的壳体3正下方安装有微型压晶体4，每级台阶的微型压晶体4正下方安装有晶体导线连接板5。移动平板1、弹性体2、壳体3、微型压晶体4、晶体导线连接板5从高到低顺次连接，且中心轴线共线，每级台阶中的各个微型压晶体4下部与晶体导线连接板5相连，并通过左右两侧台阶外壳6实现无缝连接，晶体导线连接板5通过导线7A与各层楼梯底部的蓄电池12连接，蓄电池12通过导线10D与各层楼梯设置的传感器14连接，传感器14通过导线11E再与各层楼道中的灯泡15连接，整个教学楼的控制器13通过导线8B与各层楼梯中每级台阶的移动平板1连接，通过导线9C与各层楼梯设置的传感器14连接。
所述应用于教学楼的楼梯发电装置，各层楼梯中每级台阶的弹性体2与水平面的仰角和俯角为10°。
所述应用于教学楼的楼梯发电装置，各层楼梯中每级台阶的弹性体2的最大承载能力为200kg。
所述应用于教学楼的楼梯发电装置，各层楼梯中每级台阶的微型压晶体4采用压电陶瓷材料制成。
所述应用于教学楼的楼梯发电装置，各层楼梯中每级台阶的移动平板1受到控制器13的控制作用，在非学生课间休息时处于开启状态，移动平板1起到支撑作用，发电装置不进行发电储能；各层楼梯中每级台阶的移动平板1受到控制器13的控制作用，在学生课间休息时处于关闭状态，微型压晶体4将人体踩踏楼梯时的势能转化为电能，并通过导线7A存储至蓄电池12。
所述应用于教学楼的楼梯发电装置可以根据课程表通过控制器13进行控制，按照课程表实现间歇储能，即仅在学生课间休息时进行发电储能，在上课、放学及寒暑假等时间段，由于能量密度低，收集能量的价值不大，不进行发电储能。若课程发生变化，可以及时调整控制器13的控制程序，准确高效地完成发电储能。
所述应用于教学楼的楼梯发电装置，各层楼梯中每级台阶的移动平板1受到控制器13的控制作用，在本层各班级出勤总人数小于60人时，由于能量密度低，收集能量的价值不大，移动平板1持续处于开启状态，也不进行发电储能。
所述应用于教学楼的楼梯发电装置，每层中设置一个灯泡15照明，控制器13通过导线9C控制各层楼梯设置的传感器14及其后部电路，各层楼梯中每级台阶(不包括最后一级)的移动平板1开始承受人员踩踏压力时，该层传感器14后部电路接通，若在一定延迟时间内通过人员继续踩踏下一级台阶，则该层传感器14后部电路保持接通，若在一定延迟时间内通过人员持续停留在本级台阶上，则该层传感器14后部电路断开，电路断开后若继续踩踏本层中其他任一级台阶，则该层传感器14后部电路恢复接通，其中延迟时间为7s。各层楼梯中最后一级台阶的移动平板1开始承受人员踩踏压力时，该层传感器14后部电路接通，若在一定延迟时间内通过人员继续踩踏下一层楼梯的第一级台阶，则该层传感器14后部电路断开，下一层传感器14后部电路接通，若在一定延迟时间内通过人员持续停留在本层与下一层楼梯之间的楼道内，则该层传感器14后部电路断开，电路断开后若继续踩踏本层或下一层楼梯的任一级台阶，则相应层传感器14后部电路恢复接通，其中延迟时间为30s。可以保证当通过人员在各层楼梯中各级台阶间行走时，传感器14后部照明电路接通；当通过人员在各层楼梯中某级台阶或各层楼梯之间的楼道内长时间停留时，传感器14后部照明电路断开。
所述应用于教学楼的楼梯发电装置，各层楼梯设置一个光感式传感器14，当室内亮度高时，无论楼梯是否承受踩踏作用，传感器14均处于关闭状态，此时照明电路断开，灯泡15不进行照明；仅当室内亮度低时，传感器14处于开启状态，若有人员通过某层楼梯，该层楼梯中各级台阶的移动平板1承受踩踏作用，在控制器13的控制作用下，传感器14后部电路接通，此时该层蓄电池12和灯泡15的整个照明电路接通，蓄电池12利用储能对灯泡15进行供电，采用控制器13和光感式传感器14双与门控制灯泡15照明，减小照明能耗。
本发明的显著有益效果：
该装置将人体踩踏楼梯时产生的势能通过微型压晶体转化成电能储存在蓄电池中，实现能量的储存与利用；通过控制器调控发电装置的启停，实现发电装置按照课程表间歇运行，降低运行能耗、提高储能效率；采用控制器和光感式传感器完成对于蓄电池和灯泡连接电路的双重控制，可以精准实现在需要照明且有人员通过时灯泡才接通发光，为人员上下楼梯提供便捷的同时最大程度地减小照明能耗；整体设计结构简单，易于维护，安全性好，具有很高的实用价值。
附图说明
图1为本发明一种应用于教学楼的楼梯发电装置的剖视图。
图2为本发明一种应用于教学楼的楼梯发电装置中弹性体的截面剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施进行进一步详细描述。
其中的附图标记为：移动平板1、弹性体2、壳体3、微型压晶体4、晶体导线连接板5、台阶外壳6、导线7A、导线8B、导线9C、导线10D、导线11E、蓄电池12、控制器13、传感器14和灯泡15。
作为本发明的优选实施方式，装置结构如附图1所示，所述各层楼梯中每级台阶的移动平板1均水平布置于楼梯表面，每级台阶的移动平板1正下方安装有弹性体2，每级台阶的弹性体2正下方安装有壳体3，每级台阶的壳体3正下方安装有微型压晶体4，每级台阶的微型压晶体4正下方安装有晶体导线连接板5，移动平板1、弹性体2、壳体3、微型压晶体4、晶体导线连接板5从高到低顺次连接，且中心轴线共线，每级台阶中的各个微型压晶体4下部与晶体导线连接板5相连，并通过左右两侧台阶外壳6实现无缝连接，晶体导线连接板5通过导线7A与各层楼梯底部的蓄电池12连接，蓄电池12经由导线10D与各层楼梯设置的传感器14连接，传感器14经由导线11E再与各层楼道中的灯泡15连接，整个教学楼的控制器13通过导线8B与每级台阶的移动平板1连接，整个教学楼的控制器13通过导线9C与各层楼梯设置的传感器14连接。
参照附图1，装置具体工作流程如下，在上课、晚上放学及寒暑假休息期间，由于上下楼梯人数较少，对于各层楼梯中每级台阶，移动平板1受到控制器13的控制后处于开启状态，人体踩踏移动平板1时，移动平板1起到支撑作用，整个发电装置处于关闭状态，避免弹性体2受到挤压，延长弹性体2的使用寿命；课间休息时，移动平板1受到控制器13的控制后处于关闭状态，移动平板1无法起到支撑作用，此时人流量较大，学生上下楼梯时的踩踏压力通过移动平板1作用在弹性体2上，弹性体2受力后发生弹性形变，即整个教学楼的控制器13可以根据课程表及时准确地控制各层楼梯中每级台阶的移动平板1的开启或关闭状态。各层楼梯中每级台阶的弹性体2受力后发生弹性形变后，弹性体2进一步向下挤压壳体3，壳体3与大量微型压晶体4紧密相连，将受到的力均匀分配到每一个微型压晶体4上，这样既能防止微型压晶体4损坏，提高微型压晶体4的使用寿命，又可通过微型压晶体4的形变，实现势能到电能的转化，每级台阶内所有微型压晶体4产生的电流通过晶体导线连接板5和导线7A输入各层楼梯的蓄电池12中，最终完成电能的存储。各层楼梯中的蓄电池12通过导线10D与左侧壁面上的传感器14相连，传感器14再通过导线11E与灯泡15相连。传感器14为光感式，在室内亮度高时，无论是否有人员踩踏楼梯，传感器14均处于关闭状态，此时照明电路断开，灯泡15不进行照明；仅在室内亮度低时，传感器14才处于开启状态。白天光线充足时，各层楼梯设置的传感器14处于关闭状态，整个装置仅仅储存收集到的电能。阴天或晚上光线较弱时，各层楼梯设置的传感器14处于开启状态。若有人员通过某层楼梯的各级台阶(不包括最后一级)时，移动平板1开始承受踩踏压力，受到控制器13的控制作用，该层楼梯设置的传感器14后部电路接通，该层蓄电池12和灯泡15连接电路实现接通，蓄电池12利用储能对灯泡15进行供电，使该层灯泡处于明亮的状态；若人员在7s内继续踩踏下一级台阶，使得下一级台阶的移动平板1继续承受踩踏压力，受到控制器13的控制作用，蓄电池12利用储能持续对灯泡15进行供电，实现在人员通过该层楼梯时的持续照明；若人员在7s内停留在本级台阶，受到控制器13的控制作用，该层传感器14后部电路断开，灯泡熄灭，灯泡熄灭后继续踩踏本层中其他任一级台阶，则该层传感器14后部电路恢复接通，灯泡15继续进行照明。若有人员通过某层楼梯的最后一级台阶时，移动平板1开始承受踩踏压力，受到控制器13的控制作用，该层楼梯设置的传感器14后部电路接通，蓄电池12利用储能对灯泡15进行供电，使该层灯泡15处于明亮的状态；若在30s内人员继续踩踏下一层楼梯的第一级台阶，受到控制器13的控制作用，该层传感器14后部电路断开，下一层传感器14后部电路接通，本层灯泡15熄灭，下一层灯泡15进行照明，实现人员通过该层楼梯进入下一层楼梯时的照明切换；若在30s内人员持续停留在本层与下一层楼梯之间的楼道内，受到控制器13的控制作用，该层传感器14后部电路断开，灯泡15熄灭，灯泡15熄灭后继续踩踏本层或下一层楼梯的任一级台阶，则相应层传感器14后部电路恢复接通，灯泡15继续进行照明。这样既保障人员在进入下一层楼梯前的持续照明，又减小各层楼梯在无人或人员停留休息时的照明损失。采用控制器13和传感器14完成对于蓄电池12和灯泡15连接电路的双与门控制，为师生上下楼梯提供便捷的同时最大化减小照明能耗。
参照附图2，以弹性体2的水平中轴线为水平线，弹性体2的仰角为过弹性体2右侧顶点和弹性体2上半部分最高点的直线，同水平线的夹角，其角度大小为10°，弹性体2的俯角为过弹性体2右侧顶点和弹性体2下半部分最低点的直线，同水平线的夹角，其角度大小也为10°，弹性体2的上半部分曲面和下半部分曲面均为球面，整个教学楼楼梯新型发电装置中各级台阶的弹性体2相同。
综上所述，相较于常规的发电装置，该装置将人体踩踏楼梯的势能通过微型压晶体转化成电能储存在蓄电池中，实现能量的收集与利用；通过控制器调控发电装置的启停，使得发电装置按照课程表间歇运行，从而达到装置能耗下降、弹性体使用寿命延长、发电效率提高的效果；利用控制器和传感器完成对于蓄电池和灯泡连接电路的双重控制，可以确保在光线较暗且人员通过时灯泡接通，为师生上下楼梯提供便利，最大程度地减小楼梯照明能耗。