毕业设计论文-基于单片机的计步器设计

玉林师范学院本科生毕业设计基于单片机的计步器设计ThePedometerDesignBasedonSingleChipMicrocomputer院系电子与通信工程学院专业电信工程学生班级2012级1班姓名胡丽娜学号201208401144指导教师单位电子与通信工程学院指导教师姓名吕集尔指导教师职称高级实验师基于单片机的计步器设计电子信息科学与技术2012级1班胡丽娜指导老师吕集尔摘要简易加速度计步器以竖直方向加速度传感器MMA7260与单片机PIC18F452组成的计步测试系统，能够对人体运动的运动量作出评估。与传统的机械式传感器不同，MMA7260是电容式传感器，由它捕获人体运动时加速度信号，更加准确。信号通过低通滤波器滤波，由单片机内置A／D转换器对信号进行采样、A／D转换。软件采用自适应算法实现计步功能，减少误计数，更加精确。单片机控制5110液晶显示计步状态。整机工作电流只有1-1.5mA，实现超低功耗。关键字：单片机，电子计步器，加速度传感器ThePedometerDesignBasedonSingleChipMicrocomputerElectronicInformationScienceandTechnology2012-1HulinaSupervisorLvjierAbstractSimpleaccelerationpedometerwithtriaxialaccelerationsensorMMA7260stepmetertestsystemcomposedofMCUPIC18F452,canexerciseanassessmenttothehumanbodymovement.Differentfromthetraditionalmechanicalsensor,sensorMMA7260iscapacitivethreeaxis,byaccelerationsignalwhenitcapturesthehumanbodymovement,moreaccurate.Isfilteredbylow-passfilter,thesinglechipmicrocomputerbuilt-inA/Dconverterforsignalsampling,A/Dconversion.Softwareusingadaptivealgorithmimplementationplanstepfunction,reducetheerrorcount,moreprecise.Single-chipmicrocomputercontrolstep5110liquidcrystaldisplaymeter.Thewholemachineworkingcurrentisonly1-1.5mA,realizeultra-lowpowerconsumption.Keywords:SCM,electronicpedometer,triaxialaccelerationsensor目录1引言...............................................................................................................................12系统总体设计................................................................................................................12.1总体框图..............................................................................................................12.2传感器选择..........................................................................................................22.3低通滤波器理论分析.........................................................................................23硬件电路设计...............................................................................................................33.1传感器连接及滤波电路模块.............................................................................33.2微处理器模块.....................................................................................................43.3显示模块..............................................................................................................54软件设计.......................................................................................................................65制作与调试...................................................................................................................85.1硬件电路单片机部分的连接图.........................................................................85.2调试.....................................................................................................................85.3实测及误差分析.................................................................................................96结论及建议...................................................................................................................9参考文献.........................................................................................................................11附录1实物图................................................................................................................11附录2总原理图............................................................................................................12附录3源程序................................................................................................................13附录4加速度计步器MMA7260简介........................................................................18玉林师范学院本科生毕业设计11引言1.1计步器的发展背景随着社会的不断进步与发展，人们的物质生活水平不断提高，人们便开始越来越关注自身的健康。运动则是最好的方式，计步器作为一种可以计算行走的步数测量仪器，所以人们可以制定适量的运动方案来健身，并根据运行情况来分析人体的健康状况，因此越发被广泛的应用。电子计步器是一种适应市场需求的设计，使用起来也简单方便。1.2计步器的研究目的计步器是一种十分受欢迎的日常锻炼进度监控器，可以激励人们挑战自己，能够增强体质，并且帮助减肥瘦身。早期设计利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器。每当晃动这些装置时，可便以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆锤左右摆动敲击挡块。1.3目标通过设计一个以STC89C52单片机为核心的计步器可以实现计频数，频数累计功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的计步器，具有一定的实用价值。2系统总体设计2.1总体框图如图2.1所以，该计步器总共由四个模块构成。低通滤波器、主控MCU、竖直方向加速度传感器、显示模块组成。传感器采集数据经低通滤波器滤波，输入单片机内部A/D、D/A，将数据处理后输出液晶显示，加速度传感器的竖直方向的加速度输出，AN0为单片机一个模拟输入口，数据经单片机处理后由液晶输出。胡丽娜基于单片机的计步器设计2ANOAN1AN2XoutYoutZout加速度传感器MMA7260低通滤波器微处理器PIC18F452SCLKSDAEEPROMSCLKSDAN5110显示液晶图2.1计步器总体框图Fig.2.1Pedometeroverallblockdiagram2.2传感器选择传统的机械式的计步器利用人体行走时的振动引起计步器内部簧片或者弹力小球的振动来产生电子脉冲，内部处理器通过判断电子脉冲的方法来达到计步的功能。这种机械式方式的成本比较低，但是它的准确性和灵敏度很低。DXL330是一个竖直方向模拟输出的加速度传感器，正好可以作为垂直方向的传感器。利用MEMS(微机电系统)加速度传感器制作工艺，很容易地和传统的CMoS工艺结合起来，服机械式的准确性和灵敏度低的缺点。MMA7260是美国Freescale公司推盘的一款低成本、单芯片，置轴加速度传感器。该微型电容式加速度传感器融合了信号调理、单掇低通滤波器和滠度补偿技本，并提供四种加速度范围。DXL330和MMA7260都是适合于做手持式电子计步器的传感器，但相比之下，MMA7260价格更低，性价比稍好，该设计选择MMA7260。2.3低通滤波器理论分析通常来讲，人体每秒钟行走5～2步，最多不超过5步。因此，合理的计步器输出为0.5～5Hz。在模拟电路部分，采用5Hz的抗混叠带宽来过滤高频噪声；在数字电路部分，采用5Hz截止频率的FIR低通滤波器来过滤高频噪声。FIR低通滤波器参数设计分析：根据现有资源情况，以及考虑性价比因素，只对信号进行简单的低通滤波。玉林师范学院本科生毕业设计3参考芯片手册资料，选择电阻1kΩ电阻，0.1uF电容构成一个无源低通滤波。由截止频率错误!未找到引用源。得错误!未找到引用源。=1592Hz。低通滤波器无法过滤0.5Hz以下的噪声，因此我们采用了时间窗口的方法来实现。如图2.2所示，我们把大于T1或者小于T2的频率输出都认为是噪声的影响。图2.2传感器输出曲线图Fig2.2Sensoroutputcurve3硬件电路设计3.1传感器连接及滤波电路模块如图3.1所示，