自發電廣場舞裝置的設計與實現

摘 要：為了解決日前廣場舞擾民的問題，研制了一款新型自發電廣場舞裝置，能通過發射接收裝置傳輸音樂代替原來的廣場露天音樂、傳達領舞者的語音指令，并且能利用電磁感應原理將人體跳舞時產生的能量轉化為電能，并且儲存起來給自身供電。

關鍵詞：廣場舞；擾民；自發電

在這個多元文化迅速發展的時代，人們越來越重視自身的健康狀況。尤其是中老年人，傾心于在公園、小區內組織起來伴隨著激昂的音樂，翩翩起舞[1-2]。而工作了一天的上班族回到家中依然無法獲得一個清凈的環境，從而影響了休息。基于以上噪音擾民問題，我們研制了一款非擾民自發電廣場舞裝置，該裝置不僅可以通過發射接收裝置傳輸音樂代替原來的廣場露天音樂、傳達領舞者的語音指令，也可以通過自帶的發電線圈為自身提供電能，無需外接電源充電，達到了“自給自足”的效果。舞者佩戴自制廣場舞裝置，接收裝置接收發射裝置傳來的音頻，消除了原來的噪音干擾問題，又不會妨礙人們追求健康。最后實現了雙贏，實現了節能的同時解決了噪聲污染問題。且制作成本低，適合廣泛推廣，具有廣闊的市場前景。本裝置采用的無線收發系統能夠通過轉換器將聲音轉換為無線電波信號形式發射出來，再由運動耳機接收，將聲波還原為聲音。如此一來，除了佩戴耳機的舞者，旁人聽不到任何聲音，因此達到了不擾民的效果。此外，基于廣場舞電磁感應發電技術，內裝上一個感應線圈發電裝置，利用電磁感應的壓電效應將人體跳舞產生的機械能轉化為電能，并且儲存起來給需要充電的用電設備充電[3]。實現了自給自足的供電功能，節約了能源。

1 實驗裝置設計

自發電廣場舞裝置包括兩個部分，發射部分和接收部分。發射裝置由FM發射模塊、MP3模塊、整流模塊、供電電池、發電線圈組成。發射裝置通過MP3模塊獲取音樂然后通過FM模塊將接收到的音樂發送給接收模塊，通過強磁的震動切割磁感線產生交流電，然后經過整流電路轉換為直流電，為電池充電。接收裝置由FM接收模塊、發電線圈、供電電池組成。發生裝置發射到空間的電磁波傳送到收發端的接收裝置。接收裝置天線接收到射頻信號后，檢波獲得立體聲兩個通道的音頻信號。從立體聲輸出的左聲廣播音頻信號經功放放大輸出；而右聲道的雙音頻控制信號經雙音頻解碼電路解碼，獲得二進制代碼送到OTP單片機端口。

1.1 實驗裝置結構

發射裝置是一發多收裝置，由控制總臺發射器發出音樂并調節到一定的頻率，接收端調節到同樣的頻率即可接收到無線電波信號并轉化為音頻信號通過耳機接收，如此可以保證聽者聽到的音樂同步。裝置整體結構圖如圖1。

1.2 穩壓電路

由發電線圈產生的電流是不穩定的，供電電壓的變化或用電電流的變化，都能引起電源電壓的波動[4]。要獲得穩定不變的直流電源，還必須再增加穩壓電路。穩壓電路原理圖如圖2所示。

1.3 電磁感應電路

電磁感應是指因為磁通量變化產生感應電動勢的現象。電磁感應現象的發現不僅揭示了電與磁之間的內在聯系，而且為電與磁之間的相互轉化奠定了實驗基礎，為人類獲取巨大而廉價的電能開辟了道路，在實用上有重大意義。電磁感應原理發電的設備，就是目前比較常見的發電機組，即通過外力（比如風力，核能，水能，潮汐能等等）推動輪機，然后輪機帶動發電機運轉，發電機的轉子旋轉，根據導體切割磁感線的電磁感應原理而發電[5]。電磁感應原理如圖3。

1.4 調頻發射

調頻信號發射機是一種將音頻、視頻信號轉化為一定頻率的電磁信號發射出去的裝置。先將音頻信號和高頻載波調制為調頻波，使高頻載波的頻率隨音頻信號發生變化，再對所產生的高頻信號進行放大，激勵，功放和一系列的阻抗匹配，使信號輸出到天線，再發送出去[6]。調頻發射原理圖如圖4。

圖4 調頻發射原理圖

1.5 調頻接收

調頻接收機是一種將一定頻率的電磁信號轉化為音頻、視頻信號并接收的裝置。由天線感應出許多調頻信號，通過諧振電路選出一定頻率的已調信號，再通過接收機的進一步處理將無線電信號轉化為音頻信號，再經放大后推動揚聲器將聲音播放出來[7]。調頻接收原理如圖5。

圖5 調頻接收

2 使用方法及性能檢測

2.1 使用方法

該裝置具有聲音的無線收發模塊和自主發電模塊。領舞者身上佩戴信號發射裝置，作為控制總臺。其他舞者佩戴自制廣場舞耳麥，接收音樂控制總臺發來的音樂。配置好無線收發裝置后，使用者直接佩戴接收裝置與自帶的發電裝置即可聞聲起舞并在跳舞的同時存儲電量[8]。發射裝置如圖6。

圖6 發射裝置

2.2 性能檢測

有效的設計并利用自主發電裝置與自制廣場舞耳麥的巧妙結合，實現了電量自給自足的同時還能應用手機充電等設備。具有性能穩定，減少噪音，壽命長等重要技術指標。主要實現了自制廣場舞耳麥與戶外音響感受到同等效果的音頻，以及實時通訊。發電模塊測試圖如圖7。

3 結束語

本裝置能利用無線收發模塊控制聲音聲波的轉換，令舞者佩戴自制廣場舞裝置，接收裝置接收發射裝置傳來的音頻[9]，消除了原來的噪音干擾的問題，又不會阻止人們追求健康生活。并且能夠利用自身內置的發電線圈持續為本身供電。使減噪與節能兩個功能并駕齊驅，為科技進步奠定了基礎。廣場舞現場拍攝照片如圖8。該項目獲得了山東省大學生科技創新大賽二等獎。

圖8 現場拍攝圖

參考文獻

[1]代敏.武漢市主城區中老年人廣場舞開展現狀調查與分析研究

[D].武漢：華中師范大學，2011.

[2]鄭新剛.淄博市廣場舞開展現狀調查分析[J].無線互聯科技，2013.

[3]李念強.電磁感應發電能力測試系統的研制[J].吉林大學學報（工學版），2007.

[4]林欣.一種提高效率的線性穩壓電路[D].鄭州：解放軍信息工程大學，2003.

[5]李存志.線圈并聯時通過兩個線圈磁通量的關系[J].電子科技， 2012（12）.

[6]金巨成.小型調頻廣播發射機的工作原理與系統建設[J].電聲技術，2009.

[7]曹志剛，錢亞生.現代通信原理[M].北京：清華大學出版社，2004.

[8]宋衛平.高壓直流通信電源中高頻開關整流模塊的研究[D].南京航空航天大學，2012.

[9]張軼.開關電源節能技術[D].南京理工大學，2012.

*通訊作者：馬國利。