趣味人力腳踏發電車的研究

廣西電力職業技術學院 陳國慶

趣味人力腳踏發電車的研究

廣西電力職業技術學院 陳國慶

趣味人力腳踏發電車是在普通健身車上加裝了發電系統、LED功能顯示板、控制裝置制成的集發電、演示、競技于一體的新型健身設備，能循環回收人體腳踏發電能量用于電器供電，實時監測顯示人體心率、卡路里、電壓、電流、轉速等數據，用LED燈的顏色和數量呈現轉速的高低，直觀體現騎車人的體能水平，展現了技術與健身的融合，具有良好的商業價值和社會價值。

健身車；腳踏發電車；顯示面板控制器

1 引言

腳踏發電車以人力為動力，不依賴汽、柴油等其它能源，符合環保理念。將腳踏發電機與健身器械結合起來就變成兩種功能的健身發電車。對于需要使用健身器械保持身體健康的人來說，健身的同時還可將健身消耗的能量轉換為電能儲存作為照明和應急電源之用，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，它具有結構簡單、操作方便、安全可靠、老少皆宜、不受任何時間空間限制的特點。只要有人在，就可以全天候發電。腳踏發電機，類似于水力發電和風力發電是以機械能為動力，通過發電機組將機械能轉換為電能。

2 趣味人力腳踏發電車實施內容

該項目采用普通發電機運用到健身自行車上，通過人力的踩踏帶動發電機運轉，并通過外接發電設備將發出的電流作用于用電設備，該電源需要整流、濾波、升壓，降壓和穩壓，部分用電器還需要恒流使用，同時要避免用電過程中因踩踏發電車產生的瞬間高壓大波動對單片機造成的影響。

同時，為了檢測發電功率，電流，電壓，腳踏車轉速，人體心率等數據，需要單片機的設計與調試。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行測量；測轉速采用磁電式轉速傳感器；測心率采用的是壓力傳感器原理。

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

2)對腳踏發電車蓄電池、手機等用電設備充電，環保安全，隨時可以進行發電；

3)在起到健身功能的同時，能夠檢測車輪轉速，并在車前部制作一個LED屏顯示發電達到的轉速、電壓和電流情況，同時可以在車前面反應當前騎車人的心率，并在顯示屏中顯示騎車人當前心率實時狀況；

4)隨著騎行速度的變化，發電功率跟著相應變化。各種LED等也隨著相應顯示，同時點亮不同功率的燈泡，具有創新性和很高的趣味性，能夠很好的把運動性和趣味性有機結合，展示效果好。

3 趣味人力腳踏發電車具體實施方式

3.1 電源管理系統設計

該設備電源管理系統的作用是需要解決腳踏發電機發電過程中，產生的不穩定電壓會影響用電器的使用，為了使不同的用電設備可以得到安全可靠穩定的電源電壓及電流，防止用電設備在使用過程中出現故障，因此我們需要對發出的交流電進行，整流、濾波、升壓，降壓和穩壓，部分用電器還需要恒流使用，同時要避免用電過程中因踩踏發電車產生的瞬間高壓大波動對單片機造成的影響，因此，電源管理系統的設計與調試是非常重要的。

3.2 機械部分

本項目機械部分由腳踏發電車、功能顯示面板、控制盒、液晶數碼管、導線等零部件組成。

圖1 腳踏發電車圖

圖2 功能顯示面板

圖3 技術原理拓撲圖

4 趣味人力腳踏發電車項目商業客戶群體分析

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

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

2)建設規模：凡是有人力腳踏車的健身房都可以采用該項目，因此，該設計可適用于全國各個大中小城市的健身俱樂部和家用健身器材，其推廣規模是非常可觀的。

綜上，本項目商業客戶應主要針對群體有：腳踏健身車健身房、家庭腳踏健身用戶。

5 趣味人力腳踏發電車商業客戶群體所關注點

商業客戶群體關注產品的特點有以下幾點：1)可觀察卡路里消耗量；2)可監測人體心率；3)可監測轉速，隨著轉速的變化，LED燈的顏色和點亮個數也隨之變化；4)可監測電壓、電流、轉速等數據，并顯示在功能板。

以上的監測功能具有很強趣味性與人車互動性，能夠激勵健身者的積極性。

6 趣味人力腳踏發電車項目提供的解決方案和關鍵技術

該項目采用普通發電機運用到健身車上，通過人力的踩踏帶動發電機運轉，并通過外接發電設備將發出的電流作用于用電設備，該電源需要整流、濾波、升壓，降壓和穩壓，部分用電器還需要恒流使用，同時要避免用電過程中因踩踏發電車產生的瞬間高壓大波動對單片機造成的影響。在檢測發電功率，電流，電壓，腳踏車轉速，人體心率等數據，需要單片機的設計與調試，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行測量、測轉速采用磁電式轉速傳感器、測心率采用的是壓力傳感器原理。

7 趣味人力腳踏發電車項目的主要特點

經分析研究，該項目相比同類設計具有以下幾個特點：

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

2)對腳踏發電車蓄電池、手機等用電設備充電，環保安全，隨時可以進行發電。

3)在起到健身功能的同時，能夠檢測車輪轉速，并在車前部制作一個LED屏顯示發電達到的轉速、電壓和電流情況，同時可以在車前面反應當前騎車人的心率，并在顯示屏中顯示騎車人當前心率實時狀況。

4)隨著騎行速度的變化，發電功率跟著相應變化。各種LED等也隨著相應顯示，同時點亮不同功率的燈泡，具有創新性和很高的趣味性，能夠很好的把運動性和趣味性有機結合，展示效果好。

8 趣味人力腳踏發電車項目市場化前景

根據技術經濟分析的科學論證，該項目具有回收人們到健身房健身所釋放的能量，并利用在手機充電、樓道燈光照明、人體心率檢測等功能，其回收效率可達到90%以上，發電功率最大可達900W，安全可靠，值得信賴。項目推廣的可行性主要從以下幾個方面去考慮：

1)資金籌集：該設計單品設計改造費用不高，量產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，據統計分析，僅以一個健身俱樂部的20臺車為例，每天工作2小時計算，該項目發出的電用于手機充電和樓道燈光照明等使用每年可節省國家電網4萬KW·h，約等于經濟產出2萬人民幣；全國用于健身車改造成發電車后的發電量，效益可觀。

2)環境影響：本項目節約了電能，減少了發展中國家碳排放總量，使得能源的使用具有可持續及循環利用的特點，非常環保。

該項目響應了國家“變中國制造為中國智造”大趨勢。本項目將為推進“中國智造” 做出點滴貢獻，在未來獲得一些經濟收益的同時更能獲得社會收益。

9 結語

趣味腳踏發電車是一種新型的腳踏發電系統，具有安全環保、智能的發電功能，可以為供電短缺的場所或家庭應急提供電源，智能傳動的設計還可以起到健身作用，是一款集健身和發電為一體的腳踏發電，具有廣闊的市場前景。

陳國慶（1964—），男，廣東興寧人，大學本科，工學學士，副教授、高級技師，現任廣西電力職業技術學院汽車與交通系主任，主要研究方向：電氣自動化及節能技術方向。