浅析声能发电充电宝手环未来发展市场

郑丽娜，齐伟伟，曹文屹，李鑫垚，杨 婷

（青岛黄海学院，山东 青岛 266427）

手机作为生活中的必需品，使用手机时遇到的最大困扰就是手机耗电过快，容易电量不足，充电宝成为解决这一问题的关键。但充电宝体积过大不方便携带，同样会有电量不足的情况。声能发电防水充电宝手环是利用声能发电原理，将声能收集装置安置在手环中，可随时随地给手机等电子设备充电，并可针对不同的用户群体提供不同的场景化功能[1]。

1.智能防水声能发电充电宝手环简介

随着科技的进步，手机的功能越来越多，甚至我们出门仅需带一部手机就可以解决很多问题。为了防止外出时手机电量不足，我们通常会随身携带充电宝并减少使用手机时长，因此手机耗电快成了我们日常生活中的一大困扰。为了解决这一困扰，我们提出用声能发电将电储存在手环中，我们可以在手机没电时及时为手机充电。

只有充电功能的手环形式过于单一，近几年，伴随着智能科技的快速发展同时人们对于智能手环的认可度越来越高，智能可穿戴设备市场如火如荼[2]。中老年消费者喜欢用智能手环的健康监测系统来检查身体情况，年轻消费者认为智能穿戴产品是潮流时尚的标签。于是我们提出将充电手环功能集成化，也就是指智能充电手环同时兼具充电、记录日常生活中饮食睡眠运动等实时数据、测量血压、血糖等功能。依据用户群体的不断细化，对智能手环功能的要求也不尽相同。我们又将手环分为商务款、老年款、儿童款。

2.智能防水充电宝手环技术与研发

声能发电系统的组成主要是有两个部分分别是换能器和声能收集装置。声能收集装置收集的主要声音就是噪声，在当今社会噪音严重污染环境，已经成为三大污染之一。尤其是使用一些大功率的器械时会产生巨大的噪音，这些噪音不但污染环境还严重危害人的身心健康[3]。科学家发现噪音是一种能量的污染，当声波遇到屏障时，声能就会转化为电能。因此有效地开发利用噪声是具有重大意义的。

在噪声发电方面科学家们取得了一定的成果，我国的科研人员研制出了百瓦级的行波热生发电机样机这种声能发电设备，美国犹他大学的科学家发明了一种微型热声发电机，伊朗科学家发明了声波发电技术。

声能收集装置的形式多种多样，例如霍尔姆兹共鸣器可以对入射的声波进行收集再放大、并利用声学晶体共振腔使入射的声波驻留等；对于声能发电装置来说换能器是非常重要的部件，目前实现声能到电能的转换的声能发电装置根据换能器的种类分为电磁式、压电式和静电式[4]。

图1 声能发电模拟测试图

设备的声能发电主要采用的是电磁式声能发电系统。换能元件是以法拉第电磁感应为法则的电磁式换能器，该换能元件是由在磁路中固定的线圈和可振动的铁磁性等部件组合而成，当有频率的声波通过时就会引起线圈或者铁磁性部件的运动，线圈运动会切割磁力线从而产生交变的电流。电磁式声能发电系统采用的是2008年东南大学设计制作的一种新型的电磁式声能发电装置，该系统装置由电磁式换能器矩阵和Helmholtz共鸣器（HR）组成，声能到电能的转换首先由HR将入射声压放大，再通过电磁式换能器矩阵进行实现的。

3.智能防水充电宝手环市场细分

智能手环目前市场广阔，设计的智能手环、手表分为儿童、老年、商务人士三种款式。三款产品都具有声波发电功能，可以个性化定制，划分人群层次，功能具有针对性。每款都各具特色，商务人士款拥有较大的市场和发展前景，是此款手环的主打款式。目前人机互相接触仍然通过语音、触摸、体感等，所以透过屏幕后面还会有很多惊奇的应用等着我们，根据在屏幕上输入的数据，了解用户的状态，并不断地加强优化学习，提供更符合用户的服务。这是由于迅速发展社会让科技拥有削弱与人类的“排斥反应”。在未来无所不在的屏幕必将深刻改变人、文化和商业[5]。在未来通过屏幕这个介质和交互窗口带来的影响远不止这些。

3.1 商务人士

消费者更倾向于购买商品质量好和服务水平高的商品。在这样的购买行为下，商品的质量越好、功能越多越深受消费者的喜爱。当前由于高收入人士对名牌、高档商品的追求较高从而形成购买动机，本款产品采用AMOLED 全彩触控屏，显示区域达到其余手环的2.4倍，微信、邮件、日程、信息等一览无余。智能合约功能也广泛运用到商务的各个领域。

考虑到隐私和安全对于商务人士的重要性，我们在研发设计时使用了区块链技术。通过“区块链”，在签合同时通过上传的有效证件分析对方公司的信息和公司信誉，保障用户财产安全，如果发现对方信息异常，可实时追回已支付的资金。因为该技术是一种全新的分布式基础架构与计算方式，目前并未得到广泛应用，使用区块链技术既保证了用户的隐私和安全，也让该技术得到了应用，再加上声能发电技术作为手环、手表的基本技术，可以更完美地衬托出用户的商务气质。

3.2 少年儿童

大多数儿童在选择商品时会不自觉地跟随他人的想法去购买。跟随潮流是一种普遍的社会现象，其形成的原因多种多样。但是不论什么样的原因，喜欢跟随社会的潮流趋势购买商品的消费者，在购买商品时会受到其他人的影响。因为声能发电手环外观符合儿童审美，所以声能发电手环在儿童消费群体中广受欢迎。

声能发电手环拥有AI语音助手功能，儿童可通过语音助手解决各种问题。我们还针对儿童研发了适用于儿童阶段的特定功能。门禁（在防盗门猫眼处安放一个针孔摄像头，家长可以通过手机APP提前对家庭成员进行面部信息的录入，该摄像头可以通过人脸识别功能对敲门的人进行人脸识别，将影像直接传送到家长手机APP。如果敲门的人未录入面部信息，将会通过手环对儿童和家长同时进行提示并警报）

儿童款的声能发电手环消费者人群主要为儿童家长，儿童家长的购买倾向主要为产品的实用性、奇特新颖。在这种消费行为下，儿童家长在选择智能手环时会更加注重产品的款式是否色泽新颖性以及实用性是否高，所以本款产品外观更符合儿童的审美要求。对于父母来说孩子的安全和健康很重要。本款产品专门为儿童设计。孩子可通过语音助手解决各种问题，并且具有生活常识提示功能，智能人脸识别系统。

3.3 老年人

西方发达国家市场售卖的智能手环产品及其后期服务考虑到老年人的生活的每个细节，充分了解老年人的需求特点，满足了老年人的生活需求，让老年人的生活变得更加舒适。对于子女来说父母的身体健康是第一位，该款医疗级智能手环，采用ECG+PPG 人体心电循环检测，ECG采用美国TIADS129X医疗产品心电信号采集芯片；PPG高性能光电芯片可以精准的测量心脏功能、疲劳程度、身体素质，通过这些数据综合分析出使用者的健康状况，并可以全天监控身体健康、全天进行心率监测。

针对老年款的智能手环除了应该涵盖基本的健康监测类的功能外，我们还加入了血氧饱和度的测量。血氧饱和度被看作是人体非常重要的一项生理参数，目前，用于监测心率参数的可穿戴设备主要使用光电容积脉搏波描记法（PPG），普遍应用于可穿戴智能手环血氧饱和度的检测。除此之外我们还针对老年人研发了适用于老年阶段的特定功能，例如日程提醒（子女通过APP上传老人的疾病和检测日期，APP会根据所上传的信息对老人及其子女进行提醒）、日推养生方案（每天为老人推送养生保健知识和防诈骗常识）、推送附近社区的老年活动（通过手环的GPS实时定位功能为老人推送附近社区最近的老年活动，足不出户就可知道最新活动，丰富老人生活）。

4.结语

本文通过基于智能防水充电宝手环的研究，设想了运用声能发电原理，将噪音转化为可利用资源。将此技术应用于智能手环中，以实现充电的便捷。同时在科技高速发展的今天，智能手环单一的计时等功能早已不满足于目前的市场，因此，声能发电手环在未来将拥有广阔的前景和市场。