悦跑者物联网跑步机

马也 曹一宁 付冰 何建军 吕升全

摘 要：“悅跑者物联网跑步机”将传统跑步机与物联网理念相结合，通过超声波传感器对跑步机进行非接触式控制，还可通过单片机蓝牙将跑步机内部锻炼数据传输至移动客户端APP，进行健康监测和实时共享。该跑步机具有高智能、安全等特点。

关键词：物联网；跑步机；非接触控制

1 作品简介

当今市场上跑步机的操作方式基本为按键操纵，为满足健身爱好人群的锻炼需求，提升人机交互的舒适性和方便性，本文提出了“悦跑者”物联网跑步机。通过加装超声波传感器，对跑步机进行非接触式控制，使用者前后移动可轻松控制跑步机的速度。本设计使用涡轮蜗杆减速电机改变跑步机踏板的坡度，增加跑步强度，提高健身体验。除此之外，通过单片机蓝牙可将跑步机内部锻炼数据传输至移动客户端APP，进行健康监测和实时共享。实物如图1所示。

2 工作原理

本作品由Arduino Mega 2560单片机、Arduino UNO单片机、LCD Keypad Shield模块、电机驱动及电机编码器模块、HC-SR04超声波模块、HC-06蓝牙模块、坡度升降机构及跑道皮带传动机构组成。将各模块与单片机相连，形成以Arduino Mega 2560单片机为主要控制，Arduino UNO单片机为辅助控制的核心部分。各模块通过单片机的控制密切配合，完成作品各项功能。跑步机各部件如图2所示。

（a）Arduino Mega 2560单片机 （b）LCD Keypad Shield 模块

（c）电机驱动及电机编码器模块 （d）HC-SR04超声波模块

（e）HC-06蓝牙模块

图2 各部件装置图

Arduino Mega 2560单片机及Arduino UNO单片机为控制中枢：通过HC-SR04超声波模块、电机编码器输入信号，控制各模块，实现跑步机的各项功能。

LCD Keypad Shield模块：包含LCD1602字符液晶显示屏和6个按键，可输出跑步机所需的各项数据，呈现给用户。

电机驱动及电机编码器模块：使单片机能够驱动跑步机的电机，控制和获取电机的转速。

HC-SR04超声波模块：此模块对外发送和接收超声波，实现测量距离的功能，根据超声波模块测量的距离，完成电机加速与减速操作。

HC-06蓝牙模块：蓝牙模块可与手机蓝牙进行匹配，将单片机采集到的数据发送给手机用户。

坡度升降结构：坡度升降结构采用曲柄滑块机构，通过直流涡轮蜗杆减速电机作为动力，经同步带减速传动带动曲柄转动，随着曲柄的角度变化，跑道坡度角度也随着改变，采用涡轮蜗杆减速电机可实现机构自锁。

跑道皮带传动结构：跑道皮带传动结构由电机、同步带轮、同步带、跑道皮带滚筒、跑道皮带组成，通过同步带减速装置驱动跑道皮带，跑道皮带滚筒与皮带之间为摩擦传动，调节张力实现过载保护。

3 创新点

通过对市场大多数品牌跑步机进行调研，发现当今跑步机操纵方式基本为人为按键操纵，本作品通过传感器探测距离进而控制速度，省略了按键的操作，只需简单向前跑和向后退便能轻松自如地控制跑步机的速度，减小了锻炼时因操作机器而产生的危险；其次，设计了角度可调的跑步踏板，增加了跑步难度，扩大了适应人群范围；最后，本作品通过蓝牙模块传输数据，可与APP客户端连接，进行数据分享，操作简单，提高了人们跑步锻炼的积极性。

4 市场前景

本作品针对当今市场跑步机操纵智能化较弱，人机交互形式单一等问题，提出运用传感器实现人机智能交互，非接触式控制跑步机速度，安装单片机蓝牙对诸如里程、时间等运动数据进行收集，并连接到移动客户端APP分享，实时监测人体健康。本作品设计为外挂式结构，可增强跑步机的智能性，利用物联网促进人机结合，构建共享式运动圈，在人体健康监测方面有着广泛的应用前景，可满足不同人群的健身

需求。