馬也 曹一寧 付冰 何建軍 呂升全
摘 要:“悅跑者物聯網跑步機”將傳統跑步機與物聯網理念相結合,通過超聲波傳感器對跑步機進行非接觸式控制,還可通過單片機藍牙將跑步機內部鍛煉數據傳輸至移動客戶端APP,進行健康監測和實時共享。該跑步機具有高智能、安全等特點。
關鍵詞:物聯網;跑步機;非接觸控制
1 作品簡介
當今市場上跑步機的操作方式基本為按鍵操縱,為滿足健身愛好人群的鍛煉需求,提升人機交互的舒適性和方便性,本文提出了“悅跑者”物聯網跑步機。通過加裝超聲波傳感器,對跑步機進行非接觸式控制,使用者前后移動可輕松控制跑步機的速度。本設計使用渦輪蝸桿減速電機改變跑步機踏板的坡度,增加跑步強度,提高健身體驗。除此之外,通過單片機藍牙可將跑步機內部鍛煉數據傳輸至移動客戶端APP,進行健康監測和實時共享。實物如圖1所示。
2 工作原理
本作品由Arduino Mega 2560單片機、Arduino UNO單片機、LCD Keypad Shield模塊、電機驅動及電機編碼器模塊、HC-SR04超聲波模塊、HC-06藍牙模塊、坡度升降機構及跑道皮帶傳動機構組成。將各模塊與單片機相連,形成以Arduino Mega 2560單片機為主要控制,Arduino UNO單片機為輔助控制的核心部分。各模塊通過單片機的控制密切配合,完成作品各項功能。跑步機各部件如圖2所示。
(a)Arduino Mega 2560單片機 (b)LCD Keypad Shield 模塊
(c)電機驅動及電機編碼器模塊 (d)HC-SR04超聲波模塊
(e)HC-06藍牙模塊
圖2 各部件裝置圖
Arduino Mega 2560單片機及Arduino UNO單片機為控制中樞:通過HC-SR04超聲波模塊、電機編碼器輸入信號,控制各模塊,實現跑步機的各項功能。
LCD Keypad Shield模塊:包含LCD1602字符液晶顯示屏和6個按鍵,可輸出跑步機所需的各項數據,呈現給用戶。
電機驅動及電機編碼器模塊:使單片機能夠驅動跑步機的電機,控制和獲取電機的轉速。
HC-SR04超聲波模塊:此模塊對外發送和接收超聲波,實現測量距離的功能,根據超聲波模塊測量的距離,完成電機加速與減速操作。
HC-06藍牙模塊:藍牙模塊可與手機藍牙進行匹配,將單片機采集到的數據發送給手機用戶。
坡度升降結構:坡度升降結構采用曲柄滑塊機構,通過直流渦輪蝸桿減速電機作為動力,經同步帶減速傳動帶動曲柄轉動,隨著曲柄的角度變化,跑道坡度角度也隨著改變,采用渦輪蝸桿減速電機可實現機構自鎖。
跑道皮帶傳動結構:跑道皮帶傳動結構由電機、同步帶輪、同步帶、跑道皮帶滾筒、跑道皮帶組成,通過同步帶減速裝置驅動跑道皮帶,跑道皮帶滾筒與皮帶之間為摩擦傳動,調節張力實現過載保護。
3 創新點
通過對市場大多數品牌跑步機進行調研,發現當今跑步機操縱方式基本為人為按鍵操縱,本作品通過傳感器探測距離進而控制速度,省略了按鍵的操作,只需簡單向前跑和向后退便能輕松自如地控制跑步機的速度,減小了鍛煉時因操作機器而產生的危險;其次,設計了角度可調的跑步踏板,增加了跑步難度,擴大了適應人群范圍;最后,本作品通過藍牙模塊傳輸數據,可與APP客戶端連接,進行數據分享,操作簡單,提高了人們跑步鍛煉的積極性。
4 市場前景
本作品針對當今市場跑步機操縱智能化較弱,人機交互形式單一等問題,提出運用傳感器實現人機智能交互,非接觸式控制跑步機速度,安裝單片機藍牙對諸如里程、時間等運動數據進行收集,并連接到移動客戶端APP分享,實時監測人體健康。本作品設計為外掛式結構,可增強跑步機的智能性,利用物聯網促進人機結合,構建共享式運動圈,在人體健康監測方面有著廣泛的應用前景,可滿足不同人群的健身
需求。