鄭麗娜，齊偉偉，曹文屹，李鑫垚，楊 婷

（青島黃海學院，山東 青島 266427）

手機作為生活中的必需品，使用手機時遇到的最大困擾就是手機耗電過快，容易電量不足，充電寶成為解決這一問題的關鍵。但充電寶體積過大不方便攜帶，同樣會有電量不足的情況。聲能發(fā)電防水充電寶手環(huán)是利用聲能發(fā)電原理，將聲能收集裝置安置在手環(huán)中，可隨時隨地給手機等電子設備充電，并可針對不同的用戶群體提供不同的場景化功能[1]。

1.智能防水聲能發(fā)電充電寶手環(huán)簡介

隨著科技的進步，手機的功能越來越多，甚至我們出門僅需帶一部手機就可以解決很多問題。為了防止外出時手機電量不足，我們通常會隨身攜帶充電寶并減少使用手機時長，因此手機耗電快成了我們日常生活中的一大困擾。為了解決這一困擾，我們提出用聲能發(fā)電將電儲存在手環(huán)中，我們可以在手機沒電時及時為手機充電。

只有充電功能的手環(huán)形式過于單一，近幾年，伴隨著智能科技的快速發(fā)展同時人們對于智能手環(huán)的認可度越來越高，智能可穿戴設備市場如火如荼[2]。中老年消費者喜歡用智能手環(huán)的健康監(jiān)測系統來檢查身體情況，年輕消費者認為智能穿戴產品是潮流時尚的標簽。于是我們提出將充電手環(huán)功能集成化，也就是指智能充電手環(huán)同時兼具充電、記錄日常生活中飲食睡眠運動等實時數據、測量血壓、血糖等功能。依據用戶群體的不斷細化，對智能手環(huán)功能的要求也不盡相同。我們又將手環(huán)分為商務款、老年款、兒童款。

2.智能防水充電寶手環(huán)技術與研發(fā)

聲能發(fā)電系統的組成主要是有兩個部分分別是換能器和聲能收集裝置。聲能收集裝置收集的主要聲音就是噪聲，在當今社會噪音嚴重污染環(huán)境，已經成為三大污染之一。尤其是使用一些大功率的器械時會產生巨大的噪音，這些噪音不但污染環(huán)境還嚴重危害人的身心健康[3]?？茖W家發(fā)現噪音是一種能量的污染，當聲波遇到屏障時，聲能就會轉化為電能。因此有效地開發(fā)利用噪聲是具有重大意義的。

在噪聲發(fā)電方面科學家們取得了一定的成果，我國的科研人員研制出了百瓦級的行波熱生發(fā)電機樣機這種聲能發(fā)電設備，美國猶他大學的科學家發(fā)明了一種微型熱聲發(fā)電機，伊朗科學家發(fā)明了聲波發(fā)電技術。

聲能收集裝置的形式多種多樣，例如霍爾姆茲共鳴器可以對入射的聲波進行收集再放大、并利用聲學晶體共振腔使入射的聲波駐留等；對于聲能發(fā)電裝置來說換能器是非常重要的部件，目前實現聲能到電能的轉換的聲能發(fā)電裝置根據換能器的種類分為電磁式、壓電式和靜電式[4]。

圖1 聲能發(fā)電模擬測試圖

設備的聲能發(fā)電主要采用的是電磁式聲能發(fā)電系統。換能元件是以法拉第電磁感應為法則的電磁式換能器，該換能元件是由在磁路中固定的線圈和可振動的鐵磁性等部件組合而成，當有頻率的聲波通過時就會引起線圈或者鐵磁性部件的運動，線圈運動會切割磁力線從而產生交變的電流。電磁式聲能發(fā)電系統采用的是2008年東南大學設計制作的一種新型的電磁式聲能發(fā)電裝置，該系統裝置由電磁式換能器矩陣和Helmholtz共鳴器（HR）組成，聲能到電能的轉換首先由HR將入射聲壓放大，再通過電磁式換能器矩陣進行實現的。

3.智能防水充電寶手環(huán)市場細分

智能手環(huán)目前市場廣闊，設計的智能手環(huán)、手表分為兒童、老年、商務人士三種款式。三款產品都具有聲波發(fā)電功能，可以個性化定制，劃分人群層次，功能具有針對性。每款都各具特色，商務人士款擁有較大的市場和發(fā)展前景，是此款手環(huán)的主打款式。目前人機互相接觸仍然通過語音、觸摸、體感等，所以透過屏幕后面還會有很多驚奇的應用等著我們，根據在屏幕上輸入的數據，了解用戶的狀態(tài)，并不斷地加強優(yōu)化學習，提供更符合用戶的服務。這是由于迅速發(fā)展社會讓科技擁有削弱與人類的“排斥反應”。在未來無所不在的屏幕必將深刻改變人、文化和商業(yè)[5]。在未來通過屏幕這個介質和交互窗口帶來的影響遠不止這些。

3.1 商務人士

消費者更傾向于購買商品質量好和服務水平高的商品。在這樣的購買行為下，商品的質量越好、功能越多越深受消費者的喜愛。當前由于高收入人士對名牌、高檔商品的追求較高從而形成購買動機，本款產品采用AMOLED 全彩觸控屏，顯示區(qū)域達到其余手環(huán)的2.4倍，微信、郵件、日程、信息等一覽無余。智能合約功能也廣泛運用到商務的各個領域。

考慮到隱私和安全對于商務人士的重要性，我們在研發(fā)設計時使用了區(qū)塊鏈技術。通過“區(qū)塊鏈”，在簽合同時通過上傳的有效證件分析對方公司的信息和公司信譽，保障用戶財產安全，如果發(fā)現對方信息異常，可實時追回已支付的資金。因為該技術是一種全新的分布式基礎架構與計算方式，目前并未得到廣泛應用，使用區(qū)塊鏈技術既保證了用戶的隱私和安全，也讓該技術得到了應用，再加上聲能發(fā)電技術作為手環(huán)、手表的基本技術，可以更完美地襯托出用戶的商務氣質。

3.2 少年兒童

大多數兒童在選擇商品時會不自覺地跟隨他人的想法去購買。跟隨潮流是一種普遍的社會現象，其形成的原因多種多樣。但是不論什么樣的原因，喜歡跟隨社會的潮流趨勢購買商品的消費者，在購買商品時會受到其他人的影響。因為聲能發(fā)電手環(huán)外觀符合兒童審美，所以聲能發(fā)電手環(huán)在兒童消費群體中廣受歡迎。

聲能發(fā)電手環(huán)擁有AI語音助手功能，兒童可通過語音助手解決各種問題。我們還針對兒童研發(fā)了適用于兒童階段的特定功能。門禁（在防盜門貓眼處安放一個針孔攝像頭，家長可以通過手機APP提前對家庭成員進行面部信息的錄入，該攝像頭可以通過人臉識別功能對敲門的人進行人臉識別，將影像直接傳送到家長手機APP。如果敲門的人未錄入面部信息，將會通過手環(huán)對兒童和家長同時進行提示并警報）

兒童款的聲能發(fā)電手環(huán)消費者人群主要為兒童家長，兒童家長的購買傾向主要為產品的實用性、奇特新穎。在這種消費行為下，兒童家長在選擇智能手環(huán)時會更加注重產品的款式是否色澤新穎性以及實用性是否高，所以本款產品外觀更符合兒童的審美要求。對于父母來說孩子的安全和健康很重要。本款產品專門為兒童設計。孩子可通過語音助手解決各種問題，并且具有生活常識提示功能，智能人臉識別系統。

3.3 老年人

西方發(fā)達國家市場售賣的智能手環(huán)產品及其后期服務考慮到老年人的生活的每個細節(jié)，充分了解老年人的需求特點，滿足了老年人的生活需求，讓老年人的生活變得更加舒適。對于子女來說父母的身體健康是第一位，該款醫(yī)療級智能手環(huán)，采用ECG+PPG 人體心電循環(huán)檢測，ECG采用美國TIADS129X醫(yī)療產品心電信號采集芯片；PPG高性能光電芯片可以精準的測量心臟功能、疲勞程度、身體素質，通過這些數據綜合分析出使用者的健康狀況，并可以全天監(jiān)控身體健康、全天進行心率監(jiān)測。

針對老年款的智能手環(huán)除了應該涵蓋基本的健康監(jiān)測類的功能外，我們還加入了血氧飽和度的測量。血氧飽和度被看作是人體非常重要的一項生理參數，目前，用于監(jiān)測心率參數的可穿戴設備主要使用光電容積脈搏波描記法（PPG），普遍應用于可穿戴智能手環(huán)血氧飽和度的檢測。除此之外我們還針對老年人研發(fā)了適用于老年階段的特定功能，例如日程提醒（子女通過APP上傳老人的疾病和檢測日期，APP會根據所上傳的信息對老人及其子女進行提醒）、日推養(yǎng)生方案（每天為老人推送養(yǎng)生保健知識和防詐騙常識）、推送附近社區(qū)的老年活動（通過手環(huán)的GPS實時定位功能為老人推送附近社區(qū)最近的老年活動，足不出戶就可知道最新活動，豐富老人生活）。

4.結語

本文通過基于智能防水充電寶手環(huán)的研究，設想了運用聲能發(fā)電原理，將噪音轉化為可利用資源。將此技術應用于智能手環(huán)中，以實現充電的便捷。同時在科技高速發(fā)展的今天，智能手環(huán)單一的計時等功能早已不滿足于目前的市場，因此，聲能發(fā)電手環(huán)在未來將擁有廣闊的前景和市場。