【正文】 底接觸形狀、運(yùn)動(dòng)速度、離心力等信息，以便指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員取得更好的成績(jī)。加速度的變化能夠改變電阻、電壓或者電容的變化，從而獲得空間位置三個(gè)垂直方向的加速度分量。 2 方案設(shè)計(jì)及選擇 設(shè)計(jì)要求 (1)能夠有效的檢測(cè)人體步行動(dòng)作。 這種機(jī)械式的計(jì)步器早已淡出歷史，取而代之的是電子式的計(jì)步器。 在日本，計(jì)步器已經(jīng)使用了 40 多年，主要用于體育運(yùn)動(dòng)和分析記錄行走步調(diào)。達(dá)芬奇醞釀的，但現(xiàn)存的最早的計(jì)步器 是在達(dá)芬奇之后 150 年，即德國(guó) 1667 年制作的。所謂的振動(dòng)傳感器其實(shí)就是一個(gè)平衡錘在上下振動(dòng)時(shí)平衡被破壞使一個(gè)觸點(diǎn)能出現(xiàn)通 /斷動(dòng)作，由電子計(jì)數(shù)器完成了主要的記錄與顯示功能，其他的屬于熱量消耗，路程換算均由 電路 完成?；蝿?dòng)這些裝置時(shí)，可以聽(tīng)到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺錘左右擺動(dòng)敲擊擋塊。計(jì)步器作為一種測(cè)量?jī)x器，可以計(jì)算行走的步數(shù)和消耗的能量，所以人們可以定量的制定運(yùn)動(dòng)方案來(lái)健身，并根據(jù)運(yùn)行情況來(lái)分析人體的健康狀況，因而越發(fā)流行。低功耗 基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) II Design and realization of pedometerbased microcontrollers Abstract： Pedometer is a popular daily exercise progress monitor, can motivate people to challenge themselves, enhance physical fitness, to help lose weight. Early designs used a weighted mechanical switch detects the pace, and with a simple counter. When shaking the device, you can hear a metal ball to slide back and forth, left and right, or a pendulum swinging percussion stopper. 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, ADXL345 threeaxis sensor is a capacitive acceleration signal by its human motion capture, and more accurate. Signal through a low pass filter, the microcontroller builtin A / D converter for signal sampling, A / D conversion. Software uses an adaptive algorithm pedometer function, reduce error count is more accurate. STC89C51 SCM control LCD pedometer state. Machine operating current of only , ultralow power consumption. Key Words: pedometer。整機(jī)工作電流只有 ，實(shí)現(xiàn)超低功耗。 與傳統(tǒng)的機(jī)械式傳感器不同， ADXL345 是電容式三軸傳感器，由它捕獲人體運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度信號(hào)，更加準(zhǔn)確。早期設(shè)計(jì)利用加重的機(jī)械開關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器?；蝿?dòng)這些裝置時(shí)，可以聽(tīng)到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺錘左右擺動(dòng)敲擊擋塊。信號(hào)通過(guò)低通濾波器濾波，由單片機(jī)內(nèi)置 A／ D轉(zhuǎn)換器對(duì)信 號(hào)進(jìn)行采樣、 A／ D轉(zhuǎn)換。 關(guān)鍵字： 計(jì)步器 。 Acceleration sensor。手持式的電子計(jì)步器是適應(yīng)市場(chǎng)需求的設(shè)計(jì)，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。 電子計(jì)步器主要組成部分是 振動(dòng)傳感器和電子計(jì)數(shù)器。計(jì)步器中一般采用一種加速度計(jì)來(lái)感受外界的震動(dòng)。 日本最早的計(jì)步器是由G． naiHiraga 在 1755 年制作的。 1965 年，計(jì)步器正式進(jìn)入日本商用市場(chǎng)，并被命名為 manpometer（ manpo 的日語(yǔ)含義是 10000 步）。 本文研究的內(nèi)容 本文 是一個(gè)基于 STC89C51 低速單片機(jī)，結(jié)合 ADXL345 傾角傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能。 (2)能夠顯示并且記錄單位時(shí)間內(nèi)的步數(shù)。佩戴者在跑步過(guò)程中，身體上下起伏，計(jì)步器內(nèi)部的微控制器讀取三軸加速度傳感器的三組模擬量，通過(guò)計(jì)步算法分析，獲取運(yùn)動(dòng)信息。這種傳感器價(jià)格昂貴，設(shè)計(jì)難度較大，不適合本設(shè)計(jì)。 表 2 加速度傳感器特性對(duì)比表 加速度計(jì)代表型號(hào) LSM303DLH MPU6050 ADXL345 工作電流 500 150 精度 結(jié)合價(jià)格、功耗和精度等多方面考慮，本課題選擇的三軸加速度傳感器 ADXL345 作為計(jì)步傳感器。在我國(guó)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，8051 微控制器占據(jù)了小型家電市場(chǎng)，其中的原因正是超低的成本 . 方案二：采用 16 位微控制器 MSP430 微控制器是一款以低功耗聞名的 16 位微控制器，有許多低功耗的工作模式，采用了精簡(jiǎn)指令集 (RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式，高效率的查表處理指令。 綜合上述幾種單片機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求 ,就地取材選擇了由 STC 公司生產(chǎn)的一種價(jià)格便宜、低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 STC89C51 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī) 不具備的功能?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 圖 2 ADXL345 內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能框圖 所謂的 GCell 傳感器是由半導(dǎo)體材料 (多晶硅 )經(jīng)半導(dǎo)體工藝加工得到，其結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為三塊電容極板，如圖 3。16g。其高分辨率 ()，能夠測(cè)量不到 176。 顯示模塊 液晶顯示器 (LCD)為平面超薄的顯示設(shè)備，液晶顯示器 功耗 很低，適用于使用電池的電子設(shè)備 .它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。 省電，不產(chǎn)生高溫。 畫面柔和不傷眼，不同于 CRT 技術(shù)，液晶顯示器畫面不會(huì)閃爍，可以減少顯示器對(duì)眼睛的傷害，眼睛不容易疲勞。 第 6腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平（ 1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳 變時(shí)執(zhí)行指令。特性 5V 工作電壓，對(duì)比度可調(diào) 基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) 11 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件流程圖 解釋 （ 1）主程序流程 圖 8 流程圖 （ 2） 開始按鍵按下 算法計(jì)算 顯示輸出步數(shù) 結(jié)束 自適應(yīng)閥值 判斷閥值是否有效 計(jì)數(shù) Count%50==0 繼續(xù)計(jì)數(shù) 初始化 顯示步數(shù) 預(yù)采樣 清零按鍵按下 Y Y N 基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) 12 計(jì)步器算法的實(shí)現(xiàn) 在可用于分析跑步或步行的特征當(dāng)中，我們選擇“加速度”作為相關(guān)參數(shù)。 圖 9 跑步時(shí)的三個(gè)分量 讓我們考慮步行的特性。從腳的加速度來(lái)檢測(cè)步數(shù)是最準(zhǔn)確的 ,但是考慮到攜帶的方便 ,我們選擇利用腰部的運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)步數(shù)。可以使用四個(gè)寄存器和一個(gè)求和單元，如圖 11 所示。 圖 12 最活躍軸的濾波數(shù)據(jù) 動(dòng)態(tài)閾值和動(dòng)態(tài)精度：系統(tǒng)持續(xù)更新三軸加速度的最大值和最小值，每采樣50次更新一次。這種選擇具有自適應(yīng)性，并且足夠快。如果加速度變化太小，步伐計(jì)數(shù)器將忽略。利用“時(shí)間窗口”和“計(jì)數(shù)規(guī)則”可以解決這個(gè)問(wèn)題。 ADXL345 的用戶可選輸出數(shù)據(jù)速率特性有助于實(shí)現(xiàn)時(shí)間窗口。A) 3200 1600 1111 146 1600 800 1110 100 800 400 1101 145 400 200 1100 145 200 100 1011 145 100 50 1010 145 50 25 1001 100 25 1000 65 0111 55 0110 40 此算法使用 50 Hz 數(shù)據(jù)速率 (20 ms)。步伐計(jì)數(shù)器有兩個(gè)工作狀態(tài)：搜索規(guī)則和確認(rèn)規(guī)則。但是，如果發(fā)現(xiàn)哪怕一個(gè)無(wú)效步伐，步伐計(jì)數(shù)器就會(huì)返回搜索規(guī)則模式，重新搜索四個(gè)連續(xù)有效步伐。由圖可得到實(shí)物對(duì)步數(shù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確率在 90%以上。焊接點(diǎn)的上錫數(shù)量焊接點(diǎn)上的焊錫數(shù)量不能太少，焊少了焊接不牢固，機(jī)械強(qiáng)度也太差。嵌入 式 FIFO 極大地減輕了主處理器的負(fù)荷，使功耗顯著降低。 基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) 19 [參考文獻(xiàn) ] [1] 曹赟 周宇 徐寅林 . 加速度傳感器在步態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J]. 信息化研究 , 2020， 35(9). 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