程禹諾 鐘廈 楊青 姜楠

摘要：綠色產(chǎn)品設(shè)計是當(dāng)今時代的設(shè)計趨勢以及主題，在產(chǎn)品設(shè)計中設(shè)計師應(yīng)當(dāng)注重其環(huán)保性以及可持續(xù)性。隨著通過健身鍛煉來保持身體健康的觀念深入人心，人們逐步掀起了一股“健身熱”，這不僅僅是為了身體素質(zhì)發(fā)展，更是對自我的約束和自身價值的實現(xiàn)。本文闡述了能源循環(huán)利用與健身器材的可結(jié)合性，基于運動發(fā)電，軟硬件結(jié)合的可穿戴式運動設(shè)備。

關(guān)鍵詞：綠色;可持續(xù)性;健身;運動發(fā)電;智能;可穿戴

中圖分類號：TB472文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672—7053（2019）05—0146—02

Abstract ： Green product design is the design trend and theme of the moderner. Designers should pay attention to environmental protection and sustainability in product design. With the concept of maintaining physical health through fitness exercises， people have gradually set off a“fitness fever”， which is not only for the development of physical fitness， but also for the self-constraints and the realization of their own values. This article describes the combination of energy recycling and fitness equipment， based on sports power generation， hardware and software combined wearable sports equipment.

Key Words ： Green; sustainability; fitness; sports power generation; intelligence; wearable

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平以及人們生活水平的提高，人們對于運動、健康、形體要求提升了一個新的高度，繼而“馬甲線”等健身熱詞成為大家相互追逐的身材。同時，對于健身時間安排也更加緊迫，健身器械逐步開拓了一定的市場。根據(jù)能量守恒定律，人們在運動時消耗的大量能量可以轉(zhuǎn)化為電能，加以回收利用，可實現(xiàn)器械自身用電以及短暫供電，這將節(jié)省一定的能源消耗，達(dá)到節(jié)能的目的，踐行“厲行節(jié)約，從一度電做起”的意識。如何將健身運動與環(huán)保節(jié)能結(jié)合起來，在鍛煉的同時，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境是我們應(yīng)該探究的問題。健身發(fā)電器材在使用過程中存在下列幾個問題，由于健身者有男女老幼之分，身體狀況存在差異，且健身的不同階段所需要的運動強(qiáng)度也有所不同，所以健身器材需要強(qiáng)度可調(diào)，滿足健身者的不同健身需要。

1 研究背景

英國一家能源公司曾設(shè)計了一種地板系統(tǒng)，將人們?nèi)粘Ｉ钪械臋C(jī)械能，轉(zhuǎn)化成為電能，既能提高能量循環(huán)的效率，又是對環(huán)保的有力支持，具體是在彈性地磚下裝配電磁發(fā)電機(jī)，通過傳感器來帶動機(jī)器。即是閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動時，在導(dǎo)體上就會產(chǎn)生電流，地面上鋪滿了電磁感應(yīng)器，當(dāng)我們踩踏這塊地磚時，地磚會產(chǎn)生輕微的下沉，向下壓縮大約5mm，讓每走一步運動產(chǎn)生的能量，通過能量轉(zhuǎn)化傳輸給照明系統(tǒng)。實驗證明，每塊發(fā)電地磚踩一步將發(fā)電5W，產(chǎn)生的電能約有5%用于LED供電。這款發(fā)電地磚的特點是將生活中的碎片能量收集起來，實現(xiàn)能量的有效轉(zhuǎn)化。

在物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)和人工智能支撐下，人們的生活已經(jīng)可以進(jìn)行系統(tǒng)感知，全面分析處理。智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠通過傳感器，全面檢測產(chǎn)品狀況，運作與外在環(huán)境?？纱┐髟O(shè)備能夠?qū)⒋┐髡咭约爸車h(huán)境作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分來處理。例如，使用可穿戴設(shè)備能夠記錄穿戴者的健康狀況、運動后的運動量，通過智能手機(jī)，起到了感測與反饋的作用。只要采用了可穿戴設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)就會分析設(shè)備獲取信息，將分析結(jié)果再次返回給可穿戴設(shè)備，實現(xiàn)身體健康狀態(tài)的可視化。

2 智能運動發(fā)電移動電源的設(shè)計技術(shù)背景支持

（1）運動發(fā)電機(jī)構(gòu)：呈空心環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述空心環(huán)狀結(jié)構(gòu)的外部纏繞導(dǎo)電線圈，所述空心環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部活動放置有磁鐵，所述磁鐵在所述空心環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部運動的狀態(tài)下，所述導(dǎo)電線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流;（2）超級電容：與所述運動發(fā)電機(jī)構(gòu)連接，獲取所述感應(yīng)電流;（3）充電管理模塊：所述超級電容通過所述充電管理模塊連接外部充電接口，在電量低于預(yù)定值的情況下允許外接充電器對所述超級電容充電;（4）電源管理模塊：所述超級電容通過所述電源管理模塊連接后端智能系統(tǒng)，將所述超級電容中的電能按照后端智能系統(tǒng)的電壓要求來做轉(zhuǎn)換并輸出。所述運動發(fā)電機(jī)構(gòu)與所述超級電容之間連接有整流二極管;（5）LTE Category M1：借助WAN，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以擺脫對手機(jī)的依賴;（6）Bluetooth mesh：藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)路可推動機(jī)器人、工業(yè)自動化、能源管理、智慧城市應(yīng)用以及其他工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展;（7）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)單晶片：允許產(chǎn)品添加傳感器和交互界面來構(gòu)建其硬件系統(tǒng);（8）生物傳感器：檢測人體健康數(shù)據(jù)、心臟活動等生物傳感器。

3 智能運動發(fā)電移動電源的設(shè)計目標(biāo)及主要內(nèi)容

（1）實現(xiàn)移動電源設(shè)備與運動監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)合，以及使用方式物理結(jié)構(gòu)的整合創(chuàng)新，提供更加高效、準(zhǔn)確且友好的人機(jī)交互操作方式和圖形界面;（2）高保真DEMO原型用戶體驗操作動作出錯率盡可能減小;（3）對使用者從開始使用運動自發(fā)電移動電源到使用結(jié)束的完整過程進(jìn)行調(diào)研，旨在為用戶提供更智能、更易操作的用戶體驗。

4 智能運動發(fā)電移動電源的設(shè)計特色

項目特色主要在功能、外觀和技術(shù)原理上進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計，優(yōu)化了拉伸式移動電源的運動方式。另外基于生物電流智能感應(yīng)等技術(shù)，進(jìn)行運動監(jiān)測反饋系統(tǒng)設(shè)計，防止用戶在健身運動過程中沒注意運動量的大小而產(chǎn)生肌肉疲乏，有甚著造成肌肉拉傷等情況，極大地提升用戶體驗，保障了用戶使用產(chǎn)品的安全性。5智能運動發(fā)電移動電源產(chǎn)品的操作流程設(shè)在運動之前，打開智能運動發(fā)電移動電源的開關(guān)，進(jìn)入設(shè)置界面。然后打開藍(lán)牙，與移動端（手機(jī)）連接配對。配對成功后，，打開手機(jī)里對應(yīng)的app，選擇運動模式和運動強(qiáng)度后即可針對性地開始?。荷碛?xùn)練。用戶需要將移動電源綁定在身體的運動部位上（腿、手臂等）同時移動端實時記錄用戶運動時的各種參數(shù)，并進(jìn)行智能AI分析，對用戶的健身情況進(jìn)行全面地分析。達(dá)到一定的運動量之后，智能運動發(fā)電移動電源會通過震動、發(fā)生提示音等物理反饋告知用戶，即停止鍛煉。用戶此時便可摘下智能運動發(fā)電移動電源，并可打開手機(jī)app查看運動情況，各類可視化參數(shù)都詳細(xì)地呈現(xiàn)在界面上，用戶可以選擇“智能推薦”，根據(jù)系統(tǒng)分析報告推薦出用戶最佳的健身方式及健身時長。蓄滿電的移動電源同時能夠給各類小型耗電產(chǎn)品提供電能，通過數(shù)據(jù)線和USB接口就能滿足供電需求。

1） OLED觸摸屏：采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，相比于傳統(tǒng)的LCD不同，OLED觸摸屏更輕薄，可視角度更大，更加顯著的節(jié)省耗電。

2） USB接口：屬于輸出端口，能通過數(shù)據(jù)線給耗電設(shè)備提供持續(xù)的電流輸入。

3） 綁帶：由彈力硅膠制成，質(zhì)地柔和，不會與人體皮膚發(fā)生排斥反應(yīng)，抗氧化抗腐蝕，結(jié)實耐用。

4） 松緊調(diào)節(jié)器：能自由地調(diào)節(jié)綁帶的松緊，用戶可根據(jù)自身實際情況來調(diào)節(jié)松緊程度，以達(dá)到最佳的舒適度。

6 智能運動發(fā)電移動電源的移動端用戶界面設(shè)計

交互界面應(yīng)遵循人性化的設(shè)計原則，基于用戶的思維和工作模式。

移動端APP主要由運動、蓄電、充電三個功能板塊構(gòu)成。運動模塊包括了運動記錄、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)分析、計劃制定、方式推薦等功能，個性化地為用戶提供了技術(shù)分析和技術(shù)參考，讓用戶能用更科學(xué)的方式健身運動;蓄電模塊主要是利用了用戶在運動過程中產(chǎn)生的電能，為智能運動發(fā)電移動電源設(shè)備蓄電，電量會不斷累計在蓄電池里面，而且會實時地展示在移動電源和移動端（手機(jī)app）上，提示用戶達(dá)成運動目標(biāo);充電模塊屬于輸出設(shè)備，用戶運動結(jié)束后取下智能運動發(fā)電移動電源，通過數(shù)據(jù)線外接耗電設(shè)備，按下電源按鈕就能為其充電。低保真界面（如圖3）。

用戶通過無線WLAN或藍(lán)牙與穿戴設(shè)備連接，對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測，運動記錄及分析，即時有效地生成運動記錄表，用戶在運動過程中產(chǎn)生的電量將實時的反饋至app，也可設(shè)定個性化運動時間表，將感興趣的課程添加入“我的課程”，可進(jìn)行打卡等設(shè)定小目標(biāo)。還可以和好友互動，在社交平臺上分享自己的綠色生活。高保真界面如圖4。

7 結(jié)語

研究問題：本文探討了有關(guān)健身運動與能源循環(huán)的可結(jié)合性。一是作為運動檢測產(chǎn)品，引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)概念以及人體檢測技術(shù)，提倡智能運動，利用人工智能的技術(shù)，個性化地對用戶進(jìn)行追蹤，數(shù)據(jù)監(jiān)測，數(shù)據(jù)評估以及指導(dǎo)，減少盲目運動帶來的危害;二是作為可穿戴式發(fā)電移動電源，將動能轉(zhuǎn)化成電能儲存在電池內(nèi)，解決不必要電能消耗以及人們?nèi)粘Ｉ钪袛嚯姇r的短暫供電問題。

研究成果：基于設(shè)計的“可用性”和“用戶體驗”兩個層面上，完成了用戶與產(chǎn)品之間的互動，確定了交互界面以及用戶體驗旅程圖;基于用戶的使用習(xí)慣以及個性化，完成了產(chǎn)品的造型以及技術(shù)原理設(shè)定。

存在問題：動能與電能的能源轉(zhuǎn)化率過低。

本文系中國礦業(yè)大學(xué)省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃（項目編號：201810290109X）。

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