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1、绿色环保多功能发电式踏步机项目多功能发电式踏步机1多功能发电式踏步机摘 要：多功能发电式踏步机包括踏步系统、机械传动系统、发电蓄能（能量转换）系统、集成式人机界面四个部分，本文简单介绍机踏步、机械、发电三部分，主要介绍集成式人机界面部分。人踏步时产生的动能经踏步系统转换为机械能传递给机械传动系统，并由发电机转化为电能，蓄能系统将发电机输出的直流电以化学能的形式储存在蓄电池中，再经两路输出。一路供内置的电子万年历、电压监测等电子设备使用；另一路经逆变器转换为220V、50HZ交流电，可供充电器、电风扇、便携式电脑等小功率电器（ 280W）工作。在健身的同时，将消耗的脂肪高效转化为电能并加以利用，
2、从而“让人类的每一步都踏在更有用的地方”。该产品集健身、发电等功能于一体，使单调的健身过程变得更加丰富有趣，除了能节约能源之外，还可以在特殊情况下作为应急发电、供电设备使用。关键词：踏步机；生物能发电；AT89S52；DS1302；DS18B20；LED数码管；单片机Abstract: Multifunctional power type mark time machine including step system, mechanical transmission system, power generation, storage (energy conversion) system, in
3、tegrated man-machine interface four parts, the paper simply introduces machine footfall, machinery, power generation three parts, mainly introduce the man-machine interface integrated part. One step by step the kinetic energy generated when the system is transformed into the mechanical transmission
4、to the mechanical transmission system, and the generators into electrical energy, energy storage system will output of dc generator in the form of chemical energy stored in the battery, then the two ways of output. All the way for the built-in electronic calendar, voltage monitoring and other electr
5、onic equipment use; Another pass inverter conversion for 220 V, frequency 50 HZ ac, available for charger, electric fan, portable computer, and other small power appliances (280 W) work. In the fitness while, will use fat efficient into electrical energy and use them, thus let the human every step o
6、n the more useful place. This product collection fitness, such as power generation function in an organic whole, make the monotony of fitness process become more rich interesting, in addition to save energy, but also can in special circumstances as emergency power production and supply equipment. Ke
7、yword: stair steppers; biological energy; AT89S52；DS1302；DS18B20；LED digital tube；Single-chip microcomputer 1、前 言能源是人类社会存在和发展的物质基础。随着社会的发展，能源问题也在逐步的加大，各国也在竭力的开发新能源，同时，也在研究如何更有效的利用已有的能源。能源技术推动了经济和社会的高速发展，它无时无刻不在改变着我们的生活，人们的生活已离不开能源。但是在发展的同时，人们也越来越感受到大规模使用化石燃料所带来的严重后果：资源日益枯竭，环境不断恶化，还诱发了不少国家之间、地区之间的政治经
8、济纠纷甚至是冲突和战争。为了人类社会的永久和谐，必须寻求一种新的、清洁、安全、可靠的可持续能源系统。所以开发新能源和保护环境成为能源问题中的首要问题。另外，随着人们生活节奏的加快、工作压力的加大，多数人群处于亚健康状态，越来越多的人开始意识到“健身”和“锻炼”的重要性；人们对锻炼健身来达到减肥、塑身的追求越来越强，健身热潮正日渐兴起。人体在健身运动过程中产生的大量能量将是一个巨大的潜在能量源，如果能将这些能量再转化成电能，将是人类应对全球能源危机、改善环境恶化的一种重要途径和出路。同时，随着人们生活水平和环保意识的提升，“绿色低碳”生活成为现代人的一种新的生活态度，人们开始树立绿色、节能发展理
9、念，倡导绿色生活，所以，与其让健身过程中释放出来的能量白白流失，还不如将其收集起来转化为电能。据了解，踏步是身体直立，两脚交替抬起又放下而不迈步前进的一种动作。在踏步过程中，身体的重心有规律地在左右两边移动，对脏腑及全身肌肉有比较好的舒缓的按摩与协调作用。与其他运动相比，踏步运动相对比较舒缓，对身体带来的运动负荷较小，适合各种年龄段和各种身体状况的人群，尤其是对办公室工作人员、老年人群甚至部分残疾人员均可以适用。北京体育大学运动医学系陆一帆教授指出，“与跑步、跳跃等地面运动相比，踏步的主要优势在于能减缓膝关节的压力，对中老年人尤其有利。”在踏步运动的同时也可以扭动腰部、臀部，达到全身运动的目的
10、，并具有锻炼身体的协调性和平衡性的优点，所以，以踏步为主要功能的健身器材踏步机将更具有其它健身器材无法比拟的优越性和市场空间。根据需求设计出了一种更为人性化的、具有健身、发电储能的多功能发电式踏步机。该踏步机无需外部供电即可满足自身系统的电力需求，同时可以将多余的电能储存起来，使生活变得更加舒适、随心、自由，将为不少忙碌的都市人群喜爱和青睐。通过对本产品所拥有的功能分析，表明本产品适用人群及应用环境广泛，可解决人们日常生活多种问题，以下罗列了本产品主要的适用人群和应用环境。概述如下：1、可作为公共健身设施，健身房器材及一般家庭健身器材等使用。2、适用于平时工作繁忙、精神紧张的人群健身及放松、休
11、闲使用。3、可作为普通城乡家庭的备用发电工具，在停电的情况下应急照明、发电。4、可作为电网未覆盖地区人群的发电工具（中国仍有300万无电户和1147万无电人口），满足此类人群的照明和小功率家用电器的用电需求。5、可作为哨所、塔站、野外作业等特殊环境及旅游、野营时的发电工具，满足照明、充电、烧水、加热等需求。6、可作为地震、洪水、冰雪等自然灾害发生时受灾地区的开展生产自救，应急发电工具，保证如手机、GPS等重要电子通讯设备正常使用。12、产品研发设计2.1 产品简介及功能介绍绿色环保多功能发电式踏步机主要包括踏步系统、机械传动系统、发电蓄能系统、集成式人机界面四个部分。人踏步时产生的动能经踏步系
12、统传递给机械传动系统，并输送给发电机转化为电能，再由蓄能系统将发电机输出的直流电以化学能的形式储存在蓄电池中，使之可以作为发电设备使用；同时，踏步机的集成式人机界面日期时间显示、温湿度测量等功能，在健身锻炼的时能随时了解时间、温度状况。 2.2 机械部分设计图2.1为部分机械部件示意图,图2.2 机械结构总体设计简图图2.1 机械部分各部件示意图图2.2 机械结构总体设计简图2.2.1 机械结构运动原理脚踏板安装在脚踏轴（5）上，脚踏轴（5）通过螺纹安装在连杆（6）的小孔端，连杆（6）的大孔端通过键连接前轴，前轴通过轴承在支座（8）的孔内旋转，连杆（6）伸出端通过键连接单向超越离合器。当人做踏
13、步运动时，踏板以平行于地面的方式运动，人体的生物能转化为连杆（6）的旋转动能，从而带动前轴（9）转动，经过单向超越离合器使主动带轮旋转，经过主动带轮与从动带轮的加速，带动电机转子旋转产生电能。2.3 发电储能系统 蓄电池储能：成本低廉，重量大，重复充电次数较少； 锂离子电池储能：成本较高，重量轻，体积小，使用寿命较长； 励磁发电机：可通过控制电路调节励磁电流达到不同的运动强度要求，但需要提供一定的励磁电流； 永磁发电机：价格较高，不需提供励磁电流，易实现低转速发电。因人踏步频率有限且有断续，所以选择永磁发电机并用锂离子电池储能。电能输出分两路，一路供生活常备的电子设备使用（手机、应急灯、灭蚊器
14、等等充电）；一路供集成式人机界面系统使用。2.4 集成式人机界面部分设计万年历模块：显示日期、时间、星期的功能，可调时；温度监测模块：显示环境温度的功能；电压监测模块：时刻监测显示电压AT89S52主控制模 块键盘模块LDC显示模块 温度采集模块DS1302时钟模块电源模块电压采集模块3、 集成式人机界面系统硬件设计3.1 硬件总体方案与选型3.1.1单片机芯片PIC单片机是MICROCHIP公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。 EMC单片机是台湾义隆公司的产品,有很大一部分
15、与PIC 8位单片机兼容,且相兼容产品的资源相对比PIC的多,价格便宜,有很多系列可选,但抗干扰较差。 ATMEL单片机ATMEl公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列,AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式;AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机,也叫AVR单片机。PHLIPIS 51PLC系列单片机PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。 HOLTEK单片机台湾
16、盛扬半导体的单片机,价格便宜,种类较多,但抗干扰较差,适用于消费类产品。 TI公司单片机德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合。方案一 采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误
