趣味人力脚踏发电车的研究

广西电力职业技术学院 陈国庆

趣味人力脚踏发电车的研究

广西电力职业技术学院 陈国庆

趣味人力脚踏发电车是在普通健身车上加装了发电系统、LED功能显示板、控制装置制成的集发电、演示、竞技于一体的新型健身设备，能循环回收人体脚踏发电能量用于电器供电，实时监测显示人体心率、卡路里、电压、电流、转速等数据，用LED灯的颜色和数量呈现转速的高低，直观体现骑车人的体能水平，展现了技术与健身的融合，具有良好的商业价值和社会价值。

健身车；脚踏发电车；显示面板控制器

1 引言

脚踏发电车以人力为动力，不依赖汽、柴油等其它能源，符合环保理念。将脚踏发电机与健身器械结合起来就变成两种功能的健身发电车。对于需要使用健身器械保持身体健康的人来说，健身的同时还可将健身消耗的能量转换为电能储存作为照明和应急电源之用，是一举两得的事情，还会增加健身的趣味性，一边健身一边观看显示器播放的节目，就不觉得健身的枯燥和疲倦了。作为一种新型绿色能源系统，它具有结构简单、操作方便、安全可靠、老少皆宜、不受任何时间空间限制的特点。只要有人在，就可以全天候发电。脚踏发电机，类似于水力发电和风力发电是以机械能为动力，通过发电机组将机械能转换为电能。

2 趣味人力脚踏发电车实施内容

该项目采用普通发电机运用到健身自行车上，通过人力的踩踏带动发电机运转，并通过外接发电设备将发出的电流作用于用电设备，该电源需要整流、滤波、升压，降压和稳压，部分用电器还需要恒流使用，同时要避免用电过程中因踩踏发电车产生的瞬间高压大波动对单片机造成的影响。

同时，为了检测发电功率，电流，电压，脚踏车转速，人体心率等数据，需要单片机的设计与调试。其中：测电流采用的是康铜丝式测量方式；测电压采用大的电阻器进行测量；测转速采用磁电式转速传感器；测心率采用的是压力传感器原理。

1)人力脚踏发电车充分利用了人们健身所消耗的能量发电，可以点亮灯泡，可以给电视、电脑等各种用电器直接供电，节能效果突出；

2)对脚踏发电车蓄电池、手机等用电设备充电，环保安全，随时可以进行发电；

3)在起到健身功能的同时，能够检测车轮转速，并在车前部制作一个LED屏显示发电达到的转速、电压和电流情况，同时可以在车前面反应当前骑车人的心率，并在显示屏中显示骑车人当前心率实时状况；

4)随着骑行速度的变化，发电功率跟着相应变化。各种LED等也随着相应显示，同时点亮不同功率的灯泡，具有创新性和很高的趣味性，能够很好的把运动性和趣味性有机结合，展示效果好。

3 趣味人力脚踏发电车具体实施方式

3.1 电源管理系统设计

该设备电源管理系统的作用是需要解决脚踏发电机发电过程中，产生的不稳定电压会影响用电器的使用，为了使不同的用电设备可以得到安全可靠稳定的电源电压及电流，防止用电设备在使用过程中出现故障，因此我们需要对发出的交流电进行，整流、滤波、升压，降压和稳压，部分用电器还需要恒流使用，同时要避免用电过程中因踩踏发电车产生的瞬间高压大波动对单片机造成的影响，因此，电源管理系统的设计与调试是非常重要的。

3.2 机械部分

本项目机械部分由脚踏发电车、功能显示面板、控制盒、液晶数码管、导线等零部件组成。

图1 脚踏发电车图

图2 功能显示面板

图3 技术原理拓扑图

4 趣味人力脚踏发电车项目商业客户群体分析

近年来，随着人们对健康的重视，城市健身房越来越多，本项目基于脚踏健身车开发，将获得巨大的商业客户群体。

1)市场需求：该项目基于健身房健身设备的改造进行设计，健身脚踏车在如今的健身市场中受大众的欢迎，因此对该设备的改装满足了健身行业的市场需求。

2)建设规模：凡是有人力脚踏车的健身房都可以采用该项目，因此，该设计可适用于全国各个大中小城市的健身俱乐部和家用健身器材，其推广规模是非常可观的。

综上，本项目商业客户应主要针对群体有：脚踏健身车健身房、家庭脚踏健身用户。

5 趣味人力脚踏发电车商业客户群体所关注点

商业客户群体关注产品的特点有以下几点：1)可观察卡路里消耗量；2)可监测人体心率；3)可监测转速，随着转速的变化，LED灯的颜色和点亮个数也随之变化；4)可监测电压、电流、转速等数据，并显示在功能板。

以上的监测功能具有很强趣味性与人车互动性，能够激励健身者的积极性。

6 趣味人力脚踏发电车项目提供的解决方案和关键技术

该项目采用普通发电机运用到健身车上，通过人力的踩踏带动发电机运转，并通过外接发电设备将发出的电流作用于用电设备，该电源需要整流、滤波、升压，降压和稳压，部分用电器还需要恒流使用，同时要避免用电过程中因踩踏发电车产生的瞬间高压大波动对单片机造成的影响。在检测发电功率，电流，电压，脚踏车转速，人体心率等数据，需要单片机的设计与调试，测电流采用的是康铜丝式测量方式、测电压采用大的电阻器进行测量、测转速采用磁电式转速传感器、测心率采用的是压力传感器原理。

7 趣味人力脚踏发电车项目的主要特点

经分析研究，该项目相比同类设计具有以下几个特点：

1)人力脚踏发电车充分利用了人们健身所消耗的能量发电，可以点亮灯泡，可以给电视、电脑等各种用电器直接供电，节能效果突出；

2)对脚踏发电车蓄电池、手机等用电设备充电，环保安全，随时可以进行发电。

3)在起到健身功能的同时，能够检测车轮转速，并在车前部制作一个LED屏显示发电达到的转速、电压和电流情况，同时可以在车前面反应当前骑车人的心率，并在显示屏中显示骑车人当前心率实时状况。

4)随着骑行速度的变化，发电功率跟着相应变化。各种LED等也随着相应显示，同时点亮不同功率的灯泡，具有创新性和很高的趣味性，能够很好的把运动性和趣味性有机结合，展示效果好。

8 趣味人力脚踏发电车项目市场化前景

根据技术经济分析的科学论证，该项目具有回收人们到健身房健身所释放的能量，并利用在手机充电、楼道灯光照明、人体心率检测等功能，其回收效率可达到90%以上，发电功率最大可达900W，安全可靠，值得信赖。项目推广的可行性主要从以下几个方面去考虑：

1)资金筹集：该设计单品设计改造费用不高，量产所需资金量相对而言不大，不管是健身俱乐部还是家庭都可以承担，据统计分析，仅以一个健身俱乐部的20台车为例，每天工作2小时计算，该项目发出的电用于手机充电和楼道灯光照明等使用每年可节省国家电网4万KW·h，约等于经济产出2万人民币；全国用于健身车改造成发电车后的发电量，效益可观。

2)环境影响：本项目节约了电能，减少了发展中国家碳排放总量，使得能源的使用具有可持续及循环利用的特点，非常环保。

该项目响应了国家“变中国制造为中国智造”大趋势。本项目将为推进“中国智造” 做出点滴贡献，在未来获得一些经济收益的同时更能获得社会收益。

9 结语

趣味脚踏发电车是一种新型的脚踏发电系统，具有安全环保、智能的发电功能，可以为供电短缺的场所或家庭应急提供电源，智能传动的设计还可以起到健身作用，是一款集健身和发电为一体的脚踏发电，具有广阔的市场前景。

陈国庆（1964—），男，广东兴宁人，大学本科，工学学士，副教授、高级技师，现任广西电力职业技术学院汽车与交通系主任，主要研究方向：电气自动化及节能技术方向。