计步器设计

滨江学院本科生毕业论文(设计)题目基于51单片机的简易计步器设计学生姓名彭伟东学号20122340078系别自动控制系专业电气工程与自动化指导教师曹永娟二Ｏ一六年五月三十日目录摘要..................................................IAbstract...............................................II1、引言.................................................11.1光电计步器.............................................................11.2基于加速度传感器的计步器...............................................22、ADXL3XX系列传感器的简介以及设计方案的提出............32.1ADXL335,ADXL345和ADXL346三轴加速度计的区别..........................32.1.1ADXL335的简介、特点及功能框图................................32.1.2ADXL346的简介、特点及功能框图...............................52.1.3ADXL345的简介、特点及功能框图...............................62.2系统总体设计方案......................................................82.2.1ADXL345中断和寄存器功能分析..................................82.2.2基于51单片机计步器总体框架的构建............................93、系统硬件设计各模块电路..............................103.1传感器电路连接模块....................................................103.2微处理器模块..........................................................103.3显示模块..............................................................133.4电源模块..............................................................144、软件设计............................................154.1软件总体设计..........................................................154.2算法的实现............................................................155、调试及性能分析......................................165.1硬件与软件的协同调试..................................................165.2性能分析..............................................................176、结论................................................18致谢...................................................20参考文献...............................................21附录...................................................22附录源程序..............................................................22Ⅰ基于51单片机的简易计步器设计彭伟东南京信息工程大学滨江学院自动控制系，江苏南京210044摘要：计步器作为在现代社会中日常锻炼的一种监视器，不但能激发人们挑战自己潜力，还能保持身体健康，增强身体免疫力。它还可以依据人一天的运动信息来推算出人身体的健康信息。本文设计一款简易计步器，其主要是由作为微处理器的51单片机STC89C52模块，显示模块，加速度传感器ADXL345模块，传感器电路模块等几个部分组成，运用人在运动状态下加速度信息来判断步伐的计步器，其系统设计简单，结构简单，运用小体积，低能耗，高精度的ADXL345（加速度传感器），芯片内部集成了A/D转换器，可以直接将采集来的模拟信号转换为数字信息，将收集的加速度信息再运用合理的算法就可实现计算出人行走的步伐。关键字：计步器；ADXL345；传感器电路；STC89C52ⅡSimplepedometerdesignbasedon51MCUPengWeidongDepartmentofAutomationandControl，NUIST，Nanjing210044，ChinaAbstract:Pedometerisapopulardailyexercisemonitor,whichcaninspirepeople’spotentialtochallengehimself,enhancephysiqueand,helpthinbody.Inadditionpedometercananalyzethehealthyconditionofbodyaccordingtothecalculatedpeople'smovementsituation.Thispaperdesignsapedometerwhichusesofpeople’smovementtodetectchangesgeneratedbytheaccelerationofsteps.Thepedometerutilizationofimplementationschemepedometer,smallsize,lowpowerconsumption,highADXL345threeaxisaccelerationsensor,chipcanputthedataacquisitiontointernaldataprocessingforthedigitaldataacquisitiontoaccelerationdata,afterappropriatealgorithmcanachieveplanstepfunction.ThispaperintroducesthedesignofaparagraphofthepedometerADXL345basedonaccelerationsensor.IntroducesthesoftwarealgorithmrealpedometerwhiletheSPIhasintegratedchipI²Cinterface,andIcanbeconvenientlydatatransmissiontothemaincontrolchip.Thesystemissimpleindesign,realizationconvenient.KEYWORDS：circuit；ADXL345；sensorpedometer；STC89C5211、引言在这现代化的社会，我们所追求生活水平日渐提高，我们越来越关心我们的身体健康状态。计步器作为一种检测步伐的电子产品，能够算出运动消耗的能量，然后人们就可针对个人的实际情况来订制属于自己的运动方案来适当锻炼，并根据运动信息来分析出人体的身体状态。再针对目前市面上用户需求，便携式（手戴式）计步器就自然而然的诞生了。对于生活中人们常用的计步器内部结构，基本可以概括为两个部分，一是计数器，其主要的作用就是用来实时计算步数，二是振动传感器，其主要的作用就是采集外部的振动信号，再通过A/D转换将信号传递给微处理器。由于人们在运动时其重心会上下移动，计步器中的振动传感器会先接受信号，因为其内部有一个平衡锤，人在运动时，这个平衡锤就会上下摆动，在摆动时就会打破平衡状态，触发一个触点使其通/断，然后计数器进行记录信息，而热量消耗以及行走路程则是由单片机计算得到的。计步器通常都采用加速度传感器来检测人运动时三个方向的加速度信息。常用的加速度传感器内部结构为：在一段塑料管中封着一块磁铁，管子的外壁绕着线圈，在塑料管抖动的时候，磁块会在惯性的作用下在塑料管中滑动，从而切割了线圈，从而产生了电流。在人因运动抖动塑料管时，其上下振动的加速度信号变化和正弦信号非常类似，线圈产生的电流同样和正弦信号类似，依照这个思路，我们可以直接测量这种类似正弦信号的频率就可以换算出步伐数，从而再换算出速度，路程和消耗卡路里等。[1]伴随着科技的进步，市面出现了许许多多的手持电子设备，例如手机、平板和智能手表等，它们都增加了一项身体健康监测功能。其原理就是在这些电子设备中，无一例外都一个计数器，这个计数器可以用来对携带的人每天行走的步数进行实时的计数，还可以通过其内部的微处理器计算出所走步数所消耗的能量大小，实现对携带人的身体健康检测功能。如今生活中的计步器种类繁多，各式各样，但可以根据其原理将其大致上分为两大类：1）电子式；2）机械式。其中较为准确的是电子式。机械式的计步器内部通常都有一个弹簧片或者弹力球，人在运动时随着重心的上下变化，就会使其产生振动触发信号脉冲，再将这些信号传递到微处理器中，微处理器通过处理脉冲信号来实现实时的计步功能。虽然机械式的计步器结构简单，造价也相对便宜，但是其准确灵敏程度比不上电子式计步器。下面只要介绍了两种计步器，光电计步器和基于加速度传感器的计步器。它们都属于电子式计步器。1.1光电计步器光电学产业的快速进步衍生了具有高效率的单色光源和灵敏的检测设备。这些器件性能的进步让光电传感器研究目标提高到了新的台阶。目前针对计步的方法有多种，但是准确程度都不一而足。比如其中有一种计步方式运用的水银进行采集信息。这种计步器虽然采用的传感器结构简单，但是增加了其数据采集误差。市场上的计步器要求体积小，可编程，并且具有高效益，和抗干扰的能力。但是光电类型2的设备不可能避免的会受到外界因素的干扰，例如阳光和一些其它外界因素。这类计步器还可以在达到设定值时报警，并且不会干扰到其它的电子设备。[2]如图2.1是光电计步器原理图图1.1光电计步器原理图如图所示，其系统结构包含一个光源和光探测器部分。光源部分包括一个红外LED和一个脉冲的来源。这个探测器的部分包括一个光电二极管，其频谱类似LED。放大器连接到光电探测器的输出。扩增信号是由一个计数器上的微处理器输入。在图2.1中，PSL是LED的脉冲源，PSA是光电发射器的放大电路，SW1和SW2是的开关。由于这些设备体积都非常小。1.2基于加速度传感器的计步器随着手机终端功能的丰富，利用随身携带的手机或手表来实现身体健康的监测成为了一种发展趋势。以集成计步器为例子，来介绍计步器硬件和软件的组成以及实现的功能。这一类的计步器系统通常都是采用的ADuc7026数模转换模块来进行信号处理，用ADXL340加速度传感器来采集信号，再由usb传输数据给上位机。CY7C68013不但可以兼容USB2.0，并且还兼容USBl.1，还拥有805l微控制芯片口可以在RAM上的软解决方案的优势，这让其可以没有限制升级和配置。2、ADXL3XX系列传感器的简介以及设计方案的提出就目前的计步器消费市场上，性能精度比较高的大多是采用的（MEMS）惯性传感器实现的，这种惯性传感器具有性能高，功耗小等