健康计步器优质毕业设计.docx
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1、健康计步器设计摘要:改革开放三十年来,伴随社会不停进步,大家生活水平也不停提升了,很多人把健身当做天天一门必修功课,在很多健身方法中,跑步便成了她们最有效,最简单运动方法。计步器是一个颇受欢迎日常锻炼进度监控器,能够激励大家挑战自己,增强体质,帮助瘦身,也成了计量跑步时间、步数和里程最简易、有效工具。计步器功效能够依据计算人运动情况来分析人体健康情况。而人运动情况能够经过很多特征来进行分析。和传统机械式传感器不一样,MMA7455是微机械式三轴传感器,由它捕捉人体运动时加速度信号,愈加正确。信号经过低通滤波器滤波,由单片机内置A/D转换器对信号进行采样、A/D转换。软件采取自适应算法实现计步功
2、效,降低误计数,愈加正确。单片机STC89C52控制液晶显示计步状态。整机工作电流只有1-1.5mA,实现超低功耗。关键字:计步器 MMA7455 加速度传感器 低功耗Abstract: Thirty years of reform and opening up, with the constant progress of the society, peoples living standard has been improved, many people consider fitness as every one of the compulsory courses, in many fitn
3、ess method, running as their most effective, the most simple method, pedometer is a popular daily exercise progress monitor, can motivate people to challenge themselves, enhance physical fitness, to help lose weight. pedometer also became the running time, measurement step number and calories burned
4、 the most simple, effective tool. Pedometer function can calculate the movement of people to analyze the situation of human health. And the movement of people can be analyzed by many features. With the traditional mechanical sensors differ, MMA7455 three-axis sensor is a capacitive acceleration sign
5、al by its human motion capture, and more accurate. Signal through a low pass filter, the microcontroller built-in A / D converter for signal sampling, A / D conversion. Software uses an adaptive algorithm pedometer function, reduce error count is more accurate. STC89C52 SCM control LCD pedometer sta
6、te. Machine operating current of only 1-1.5mA, ultra-low power consumption.Key words: pedometer, MMA7455, Acceleration sensor, low power consumption1 绪论1.1引言伴随社会发展,大家物质生活水平日渐提升,大家越来越重视自己健康,跑步成为了一个方便而又有效锻炼方法。不过怎样知道自己运动情况?计步器能够帮助大家实时掌握锻炼情况。它关键功效是检测步数,经过步数和步幅可计算行走旅程。经过运动步数,得以计算人体消耗热量,所以大家能够定量制订运动方案来健身,
7、并依据运行情况分析人体健康情况,所以越来越流行。手持式电子计步器是适应市场需求设计,使用起来简单方便。计步器原理是利用行走时身体肢体摆动从而影响振动传感器,然后单片机处理振荡信息并进行后续处理。振荡传感器内部有一个可随意移动小球,利用物体移动时产生物理惯性,造成小球在物体内运动,然后利用感应器检测小球运动,从而确定被检测物运动情况。电子计步器关键组成部分是振动传感器和电子计数器。步行时候人重心会上下移动。以腰部上下移动最为显著,所以计步器挂在腰带上最为适宜。所谓振动传感器其实就是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个触点能出现通/断动作,由电子计数器完成了关键统计和显示功效,其它列如热量消耗,
8、旅程换算均由电路完成。计步器中通常采取一个加速度计来感受外界震动。常见加速度计原理以下:在一段塑料管中密封着一小块磁铁,管外缠绕着线圈,当塑料管运动时,磁铁因为惯性在管中反向运动,切割线圈,因为电磁感应,线圈中产生电流,人体运动时,上下起伏加速度近似为正弦过程,线圈输出电流也是正弦波,测量正弦波频率就能够得出运动步数,再计算出速度,距离,和消耗卡路里。1.2研究意义计步器最早是由意大利伦纳德达芬奇酝酿,但现存最早计步器是在达芬奇以后150年,是德国于1667年制作。在中世纪和近代,计步器并未被广泛使用,因为大家并不清楚它用途。这说明机器发明(硬件)不及找到它对人类用途(软件)关键。这使得计步器
9、通常利用摆钟原理作为记步技术,利用加重机械开关检测步伐,并带有一个简单计数器。假如晃动这些装置,就能够听到有一个金属球往返滑动,或一个摆钟左右摆动敲响当块。这种机械式计步器早已淡出历史,取而代之是电子式计步器。1.3 研究内容本文是一个基于STC89C52低速单片机,结合MMA7455倾角传感器来实现计步功效。依据设计要求选择了基于三轴加速度MMA7455功效计步器设计方案,对硬件中微处理器电路模块、传感器数据采集模块和LCD1602显示模块进行介绍,并对软件步骤图和计步检测算法进行介绍,最终完成对实物调试和功效验证。2 方案设计及选择2.1 设计要求(1)使用单片机技术处理数据。(2)能够有
10、效检测人体步行动作。(3)能够显示而且统计单位时间内步数。(4)超出设定值报警。(5)能够经过按键设置每步距离、总步数和总里程预警值。2.2 MCU微处理器选择方案一:采取8位微控制器8位微控制器经典代表是8051微控制器。8051微控制器是一款入门级微控制器,它内核简易,应用广泛,资料齐全,很适合入门学习。同时价格低廉,是一款适适用于追求低成本不求实时性电子产品。很长一段时间内,8051微控制器在中国占据了小型家电市场,其中原因是超低成本。方案二:采取16位微控制器MSP430微控制器是一款以低功耗著名16位微控制器,有很多低功耗工作模式,采取了精简指令集(RISC)结构,含有丰富寻址方法,
11、高效率查表处理指令。这些特点全部确保了用它能够编写出高效率源程序。方案三:采取32位微控制器现现在32位微控制器拥有超低功耗模式多个灵活功率模式,适合不一样应用情形,可最大程度延长电池寿命;多个技术优化功耗,包含时钟和电源门控技术,和带有位处理引擎、外围交叉桥和零等候闪存控制器高效平台等;深度睡眠模式下,可在不唤醒内核情况下进行智能决议并处理数据。综合上述多个单片机优缺点而且依据试验要求,就地取材选择了由STC企业生产一个价格廉价、低功耗、高性能CMOS8位微控制器,含有8K在系统可编程Flash存放器。2.3 传感器选择方案一:选择机械式振动传感器机械式振动传感器内部有一个平衡锤,当传感器振
12、动时,平衡被破坏,所以会造成触点上下断通。佩戴者在跑步过程中,身体起伏重心高低发生改变,计算机内部振动传感器就会将这一改变转换为数字量送至控制单元,从而取得佩戴者运动信息。机械式振动传感器原理简单、精度和成本低,适适用于振幅较大场所。方案二:选择加速度传感器三轴加速度传感器分为压阻式,压电式和电容式。加速度改变能够改变电阻、电压或电容改变,从而取得空间位置三个垂直方向加速度分量。佩戴者在跑步过程中,身体上下起伏,计步器内部微控制器读取三轴加速度传感器三组模拟量,经过计步算法分析,获取运动信息。三轴加速度传感器含有精度高、反应速度快、通讯协议简单可靠等特点,广泛使用于汽车、数码产品、航天设备等领
13、域。方案三:选择压力传感器压力传感器是将压力改变转化为电压改变。利用这一特征,可将压力传感器内置在鞋底部,当用户在行进过程中,压力传感器受到压力不一样(抬脚时脚对鞋无压力,放脚时脚对鞋有连续压力),这么,计步器主控单元读取压力值,经过计步算法即可判定运动状态。现在内置于鞋底压力传感器属于柔性传感器。在北京奥运会上曾将它用于检测运动员蹬地力、蹬地时间、足底接触形状、运动速度、离心力等信息,方便指导运动员取得愈加好成绩。这种传感器价格昂贵,设计难度较大,不适合本设计。机械设振动传感器应用于早期计步器,测量精度低,误判、漏判严重,不符合本课题高精度设计标准。伴随加速度传感器工艺逐步成熟,测量精度也逐
14、步提升,功耗已达成微安等级,伴随市场大量使用,价格也降了下来,很符合本课题设计理念。结合价格、功耗和精度等多方面考虑,本课题选择三轴加速度传感器MMA7455作为计步传感器。2.4 系统总体设计图2-1所表示,该计步器是由STC89C52单片机、MMA7455加速度传感器和LED1602显示器等组成。传感器采集数据,经内部A/D传唤后,输入单片机内部,将数据处理后输入液晶显示。LCD1602数据显示微处理器STC89C52单片机MMA7455传感器采集器图2-1 总体方框图3 系统硬件设计3.1 微处理器电路模块STC89C52是STC企业生产一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器,含有8K在
15、系统可编程Flash存放器。STC89C52使用经典MCS-51内核,但做了很多改善使得芯片含有传统51单片机不含有功效。在单芯片上,拥有灵巧8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效处理方案。含有以下标准功效:8k字节Flash,512字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,3个16 位定时器/计数器,4个外部中止,一个7向量4级中止结构(兼容传统515向量2级中止结构),全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CP
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