廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳國慶

趣味人力腳踏發(fā)電車的研究

廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳國慶

趣味人力腳踏發(fā)電車是在普通健身車上加裝了發(fā)電系統(tǒng)、LED功能顯示板、控制裝置制成的集發(fā)電、演示、競技于一體的新型健身設(shè)備，能循環(huán)回收人體腳踏發(fā)電能量用于電器供電，實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示人體心率、卡路里、電壓、電流、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，用LED燈的顏色和數(shù)量呈現(xiàn)轉(zhuǎn)速的高低，直觀體現(xiàn)騎車人的體能水平，展現(xiàn)了技術(shù)與健身的融合，具有良好的商業(yè)價(jià)值和社會價(jià)值。

健身車；腳踏發(fā)電車；顯示面板控制器

1 引言

腳踏發(fā)電車以人力為動(dòng)力，不依賴汽、柴油等其它能源，符合環(huán)保理念。將腳踏發(fā)電機(jī)與健身器械結(jié)合起來就變成兩種功能的健身發(fā)電車。對于需要使用健身器械保持身體健康的人來說，健身的同時(shí)還可將健身消耗的能量轉(zhuǎn)換為電能儲存作為照明和應(yīng)急電源之用，是一舉兩得的事情，還會增加健身的趣味性，一邊健身一邊觀看顯示器播放的節(jié)目，就不覺得健身的枯燥和疲倦了。作為一種新型綠色能源系統(tǒng)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠、老少皆宜、不受任何時(shí)間空間限制的特點(diǎn)。只要有人在，就可以全天候發(fā)電。腳踏發(fā)電機(jī)，類似于水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電是以機(jī)械能為動(dòng)力，通過發(fā)電機(jī)組將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

2 趣味人力腳踏發(fā)電車實(shí)施內(nèi)容

該項(xiàng)目采用普通發(fā)電機(jī)運(yùn)用到健身自行車上，通過人力的踩踏帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過外接發(fā)電設(shè)備將發(fā)出的電流作用于用電設(shè)備，該電源需要整流、濾波、升壓，降壓和穩(wěn)壓，部分用電器還需要恒流使用，同時(shí)要避免用電過程中因踩踏發(fā)電車產(chǎn)生的瞬間高壓大波動(dòng)對單片機(jī)造成的影響。

同時(shí)，為了檢測發(fā)電功率，電流，電壓，腳踏車轉(zhuǎn)速，人體心率等數(shù)據(jù)，需要單片機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。其中：測電流采用的是康銅絲式測量方式；測電壓采用大的電阻器進(jìn)行測量；測轉(zhuǎn)速采用磁電式轉(zhuǎn)速傳感器；測心率采用的是壓力傳感器原理。

1)人力腳踏發(fā)電車充分利用了人們健身所消耗的能量發(fā)電，可以點(diǎn)亮燈泡，可以給電視、電腦等各種用電器直接供電，節(jié)能效果突出；

2)對腳踏發(fā)電車蓄電池、手機(jī)等用電設(shè)備充電，環(huán)保安全，隨時(shí)可以進(jìn)行發(fā)電；

3)在起到健身功能的同時(shí)，能夠檢測車輪轉(zhuǎn)速，并在車前部制作一個(gè)LED屏顯示發(fā)電達(dá)到的轉(zhuǎn)速、電壓和電流情況，同時(shí)可以在車前面反應(yīng)當(dāng)前騎車人的心率，并在顯示屏中顯示騎車人當(dāng)前心率實(shí)時(shí)狀況；

4)隨著騎行速度的變化，發(fā)電功率跟著相應(yīng)變化。各種LED等也隨著相應(yīng)顯示，同時(shí)點(diǎn)亮不同功率的燈泡，具有創(chuàng)新性和很高的趣味性，能夠很好的把運(yùn)動(dòng)性和趣味性有機(jī)結(jié)合，展示效果好。

3 趣味人力腳踏發(fā)電車具體實(shí)施方式

3.1 電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該設(shè)備電源管理系統(tǒng)的作用是需要解決腳踏發(fā)電機(jī)發(fā)電過程中，產(chǎn)生的不穩(wěn)定電壓會影響用電器的使用，為了使不同的用電設(shè)備可以得到安全可靠穩(wěn)定的電源電壓及電流，防止用電設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)故障，因此我們需要對發(fā)出的交流電進(jìn)行，整流、濾波、升壓，降壓和穩(wěn)壓，部分用電器還需要恒流使用，同時(shí)要避免用電過程中因踩踏發(fā)電車產(chǎn)生的瞬間高壓大波動(dòng)對單片機(jī)造成的影響，因此，電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試是非常重要的。

3.2 機(jī)械部分

本項(xiàng)目機(jī)械部分由腳踏發(fā)電車、功能顯示面板、控制盒、液晶數(shù)碼管、導(dǎo)線等零部件組成。

圖1 腳踏發(fā)電車圖

圖2 功能顯示面板

圖3 技術(shù)原理拓?fù)鋱D

4 趣味人力腳踏發(fā)電車項(xiàng)目商業(yè)客戶群體分析

近年來，隨著人們對健康的重視，城市健身房越來越多，本項(xiàng)目基于腳踏健身車開發(fā)，將獲得巨大的商業(yè)客戶群體。

1)市場需求：該項(xiàng)目基于健身房健身設(shè)備的改造進(jìn)行設(shè)計(jì)，健身腳踏車在如今的健身市場中受大眾的歡迎，因此對該設(shè)備的改裝滿足了健身行業(yè)的市場需求。

2)建設(shè)規(guī)模：凡是有人力腳踏車的健身房都可以采用該項(xiàng)目，因此，該設(shè)計(jì)可適用于全國各個(gè)大中小城市的健身俱樂部和家用健身器材，其推廣規(guī)模是非?？捎^的。

綜上，本項(xiàng)目商業(yè)客戶應(yīng)主要針對群體有：腳踏健身車健身房、家庭腳踏健身用戶。

5 趣味人力腳踏發(fā)電車商業(yè)客戶群體所關(guān)注點(diǎn)

商業(yè)客戶群體關(guān)注產(chǎn)品的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：1)可觀察卡路里消耗量；2)可監(jiān)測人體心率；3)可監(jiān)測轉(zhuǎn)速，隨著轉(zhuǎn)速的變化，LED燈的顏色和點(diǎn)亮個(gè)數(shù)也隨之變化；4)可監(jiān)測電壓、電流、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，并顯示在功能板。

以上的監(jiān)測功能具有很強(qiáng)趣味性與人車互動(dòng)性，能夠激勵(lì)健身者的積極性。

6 趣味人力腳踏發(fā)電車項(xiàng)目提供的解決方案和關(guān)鍵技術(shù)

該項(xiàng)目采用普通發(fā)電機(jī)運(yùn)用到健身車上，通過人力的踩踏帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過外接發(fā)電設(shè)備將發(fā)出的電流作用于用電設(shè)備，該電源需要整流、濾波、升壓，降壓和穩(wěn)壓，部分用電器還需要恒流使用，同時(shí)要避免用電過程中因踩踏發(fā)電車產(chǎn)生的瞬間高壓大波動(dòng)對單片機(jī)造成的影響。在檢測發(fā)電功率，電流，電壓，腳踏車轉(zhuǎn)速，人體心率等數(shù)據(jù)，需要單片機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，測電流采用的是康銅絲式測量方式、測電壓采用大的電阻器進(jìn)行測量、測轉(zhuǎn)速采用磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、測心率采用的是壓力傳感器原理。

7 趣味人力腳踏發(fā)電車項(xiàng)目的主要特點(diǎn)

經(jīng)分析研究，該項(xiàng)目相比同類設(shè)計(jì)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1)人力腳踏發(fā)電車充分利用了人們健身所消耗的能量發(fā)電，可以點(diǎn)亮燈泡，可以給電視、電腦等各種用電器直接供電，節(jié)能效果突出；

2)對腳踏發(fā)電車蓄電池、手機(jī)等用電設(shè)備充電，環(huán)保安全，隨時(shí)可以進(jìn)行發(fā)電。

3)在起到健身功能的同時(shí)，能夠檢測車輪轉(zhuǎn)速，并在車前部制作一個(gè)LED屏顯示發(fā)電達(dá)到的轉(zhuǎn)速、電壓和電流情況，同時(shí)可以在車前面反應(yīng)當(dāng)前騎車人的心率，并在顯示屏中顯示騎車人當(dāng)前心率實(shí)時(shí)狀況。

4)隨著騎行速度的變化，發(fā)電功率跟著相應(yīng)變化。各種LED等也隨著相應(yīng)顯示，同時(shí)點(diǎn)亮不同功率的燈泡，具有創(chuàng)新性和很高的趣味性，能夠很好的把運(yùn)動(dòng)性和趣味性有機(jī)結(jié)合，展示效果好。

8 趣味人力腳踏發(fā)電車項(xiàng)目市場化前景

根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的科學(xué)論證，該項(xiàng)目具有回收人們到健身房健身所釋放的能量，并利用在手機(jī)充電、樓道燈光照明、人體心率檢測等功能，其回收效率可達(dá)到90%以上，發(fā)電功率最大可達(dá)900W，安全可靠，值得信賴。項(xiàng)目推廣的可行性主要從以下幾個(gè)方面去考慮：

1)資金籌集：該設(shè)計(jì)單品設(shè)計(jì)改造費(fèi)用不高，量產(chǎn)所需資金量相對而言不大，不管是健身俱樂部還是家庭都可以承擔(dān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，僅以一個(gè)健身俱樂部的20臺車為例，每天工作2小時(shí)計(jì)算，該項(xiàng)目發(fā)出的電用于手機(jī)充電和樓道燈光照明等使用每年可節(jié)省國家電網(wǎng)4萬KW·h，約等于經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出2萬人民幣；全國用于健身車改造成發(fā)電車后的發(fā)電量，效益可觀。

2)環(huán)境影響：本項(xiàng)目節(jié)約了電能，減少了發(fā)展中國家碳排放總量，使得能源的使用具有可持續(xù)及循環(huán)利用的特點(diǎn)，非常環(huán)保。

該項(xiàng)目響應(yīng)了國家“變中國制造為中國智造”大趨勢。本項(xiàng)目將為推進(jìn)“中國智造” 做出點(diǎn)滴貢獻(xiàn)，在未來獲得一些經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)更能獲得社會收益。

9 結(jié)語

趣味腳踏發(fā)電車是一種新型的腳踏發(fā)電系統(tǒng)，具有安全環(huán)保、智能的發(fā)電功能，可以為供電短缺的場所或家庭應(yīng)急提供電源，智能傳動(dòng)的設(shè)計(jì)還可以起到健身作用，是一款集健身和發(fā)電為一體的腳踏發(fā)電，具有廣闊的市場前景。

陳國慶（1964—），男，廣東興寧人，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士，副教授、高級技師，現(xiàn)任廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與交通系主任，主要研究方向：電氣自動(dòng)化及節(jié)能技術(shù)方向。