馬也 曹一寧 付冰 何建軍 呂升全

摘 要：“悅跑者物聯(lián)網(wǎng)跑步機”將傳統(tǒng)跑步機與物聯(lián)網(wǎng)理念相結(jié)合，通過超聲波傳感器對跑步機進(jìn)行非接觸式控制，還可通過單片機藍(lán)牙將跑步機內(nèi)部鍛煉數(shù)據(jù)傳輸至移動客戶端APP，進(jìn)行健康監(jiān)測和實時共享。該跑步機具有高智能、安全等特點。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；跑步機；非接觸控制

1 作品簡介

當(dāng)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(lián)網(wǎng)跑步機。通過加裝超聲波傳感器，對跑步機進(jìn)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(shè)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(lán)牙可將跑步機內(nèi)部鍛煉數(shù)據(jù)傳輸至移動客戶端APP，進(jìn)行健康監(jiān)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(qū)動及電機編碼器模塊、HC-SR04超聲波模塊、HC-06藍(lán)牙模塊、坡度升降機構(gòu)及跑道皮帶傳動機構(gòu)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(qū)動及電機編碼器模塊 （d）HC-SR04超聲波模塊

（e）HC-06藍(lán)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(xiàn)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(shù)據(jù)，呈現(xiàn)給用戶。

電機驅(qū)動及電機編碼器模塊：使單片機能夠驅(qū)動跑步機的電機，控制和獲取電機的轉(zhuǎn)速。

HC-SR04超聲波模塊：此模塊對外發(fā)送和接收超聲波，實現(xiàn)測量距離的功能，根據(jù)超聲波模塊測量的距離，完成電機加速與減速操作。

HC-06藍(lán)牙模塊：藍(lán)牙模塊可與手機藍(lán)牙進(jìn)行匹配，將單片機采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給手機用戶。

坡度升降結(jié)構(gòu)：坡度升降結(jié)構(gòu)采用曲柄滑塊機構(gòu)，通過直流渦輪蝸桿減速電機作為動力，經(jīng)同步帶減速傳動帶動曲柄轉(zhuǎn)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(xiàn)機構(gòu)自鎖。

跑道皮帶傳動結(jié)構(gòu)：跑道皮帶傳動結(jié)構(gòu)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(qū)動跑道皮帶，跑道皮帶滾筒與皮帶之間為摩擦傳動，調(diào)節(jié)張力實現(xiàn)過載保護。

3 創(chuàng)新點

通過對市場大多數(shù)品牌跑步機進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)當(dāng)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(jìn)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(chǎn)生的危險；其次，設(shè)計了角度可調(diào)的跑步踏板，增加了跑步難度，擴大了適應(yīng)人群范圍；最后，本作品通過藍(lán)牙模塊傳輸數(shù)據(jù)，可與APP客戶端連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)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(dāng)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(xiàn)人機智能交互，非接觸式控制跑步機速度，安裝單片機藍(lán)牙對諸如里程、時間等運動數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并連接到移動客戶端APP分享，實時監(jiān)測人體健康。本作品設(shè)計為外掛式結(jié)構(gòu)，可增強跑步機的智能性，利用物聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)人機結(jié)合，構(gòu)建共享式運動圈，在人體健康監(jiān)測方面有著廣泛的應(yīng)用前景，可滿足不同人群的健身

需求。