摘要：针对传统户外储物装置功能单一、能源不足的问题，本研究设计了一款集成太阳能供电与电动代步功能的多功能移动储物装置。基于Solidworks完成整体结构设计，结合模块化布局与高强度抗摔防水材料，并通过Simulation有限元分析验证关键受力部位的结构合理性。装置表面覆加耐磨透光防护层，内嵌高效太阳能电池系统及优化储能模块，保障全天候清洁能源供给。

关键词：太阳能、模块化设计、抗摔防水、Simulation有限元分析

0前言

当前户外装备在多功能集成与能源自给方面存在明显短板，传统储物装置难以满足用户对物品分类、环境感知及设备供电的复合需求。为此，本研究设计了一款融合模块化结构、太阳能供能与智能监测系统的户外移动储物装置。

研究聚焦四大方向：1通过模块化设计实现可变形座椅与分类储物功能，结合Solidworks仿真优化结构强度与轻量化材料选型；2采用轻质合金外壳、边角加固及双层防水密封提升抗摔防水性能；3集成高转化率薄膜太阳能电池，搭配耐磨透光防护层与优化储能模块，实现户外自供电；4开发基于单片机的智能感应系统，实时监测箱内温湿度并协调多模块低功耗运行。

1行李箱系统总体设计

1.1总体结构

利用化整为零的实验思路，将智能行李箱拆分为：主体结构、太阳能驱动系统、智能感应系统等模块，采取逐个研究的方法对所有模块进行独立的研发调试。

1.2功能模块介绍

1.2.1主体结构模块

通过模块化设计，完成该储物装置的主要功能，然后根据这些功能将该装置划分为不同的模块，不同模块分解为独立的组件，如底部滑轨轮子组件、PC座椅组件、双层存放组件等。每个组件具备特定的功能，并且能够方便地装拆和调节。通过受力分析，确保装置链接处及轮子受力在许用范围内，考虑材料的耐用性、重量、成本等因素选择铝合金作为主材料。并且设计成双层结构，内层结构要有隔层，方便用户分类、存取物品。

1.2.2太阳能功能系统模块

明确太阳能电池期望的发电量、太阳能板的安装在装置两侧占总面积1/3左右，并选择高效、轻便灵活且耐用的碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池。用PVC材料外附进行保护。安装完成后，对装置的太阳能功能进行包括在不同光照条件下的发电量测试、耐候性测试等测试。根据测试结果，对太阳能功能进行优化和改进，以提高其性能和耐用性。

1.2.3智能感应系统模块

选择MSP380系列的单片机作为主控芯片。确定好装置需要监控的环境参数：温度、湿度，选择温度传感器、湿度传感器环境参数监测模块以及显示器。编写单片机程序，实现对环境参数的采集和处理。设计用户界面，让用户可以方便地查看和设置环境参数。将薄膜太阳能技术与单片机智能感应功能进行融和为其供能。

2行李箱结构设计

具体设计如下，正面结构设计示意图如图1所示，行李箱三维立体模型如图2所示。

2.1关键结构受力分析

在实际使用过程中，行李箱的主要受力部分为轮子，通过对轮子整体、箱体顶部、侧面进行有限元分析，查询资料可知，一般长、宽、高为69 cm×48 cm×30 cm的行李箱可承重50kg。

利用SolidWorks中Simulation插件进行应力分析得到如下结果。根据应力分析结果，所选材料均符合设计要求。

3行李箱系统硬件设计

3.1 智能感应集成系统

利用MSP430单片机实现可监控环境参数的智能感应系统设计：用户可以监控温度、湿度等。且将太阳能技术与该装置的智能感应系统融和。

该单片机提供了JTAG在线仿真和调试支持，方便开发人员进行程序调试和测试。并且支持多种编程语言和开发工具，可以灵活地满足不同开发需求。MSP430单片机足够适用于户外使用者的需求。系统硬件设计电路如图5所示。

3.2化镉（CdTe）薄膜太阳能电池

CdTe太阳能电池的理论光电转换效率可以达到28%，CdTe太阳能电池没有本征光致衰减效应，可以保证电池性能的长期稳定性。CdTe太阳能电池的长条形子电池设计有利于减少热斑效应，这不仅可以提高发电能力，还可以保证产品的寿命和使用安全。

4结语

针对传统户外储物装置功能与能源短板，本研究提出融合模块化设计、薄膜太阳能供电及单片机智能感应系统的创新方案。通过结构仿真与材料优化平衡轻量化与抗摔防水性能，结合高效储能系统实现户外自供电；智能监测模块同步提升环境适应性。方案突破功能扩展与能源协同技术瓶颈，为绿色智能户外装备研发提供实践路径，推动可持续户外出行生态构建。

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作者简介：聂成龙，江苏大学，江苏 镇江，212013，2003年08月，男，吉林省吉林市，汉族，大学本科，学生，研究方向：机械设计