【正文】 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) 14 圖 12 顯示了來(lái)自一名步行者所戴計(jì)步器的最活躍軸的濾波數(shù)據(jù)。無(wú)論如何穿戴計(jì)步器，總有至少一個(gè)軸具有相對(duì)較大的周期性加速度變化，因此峰值檢測(cè)和針對(duì)所有三個(gè)軸上的加速度的動(dòng)態(tài)閾值決策算法對(duì)于檢測(cè)單位步行或跑步周期至關(guān)重要。 要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)步數(shù)首先要對(duì)人走路的姿態(tài)有一定了解。 ADXL345 檢測(cè)其三個(gè)軸 — x、 y和 z上的加速度。第 15～ 16 腳： 空腳 或背燈電 源。 第 4腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1時(shí)選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器 。 低輻射，益健康。 LCD 特點(diǎn)：機(jī)身薄，節(jié)省空間。 如 圖 10所示，為傳感器底座，接口電路連接： 圖 6 傳感器連接模塊 此模塊電路主要功能就用于做 ADXL345 加速度傳感器的一個(gè)轉(zhuǎn)接口，而且利用 ADXL345 該加速度傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的變化值。 ADXL345 非常適合移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用。 基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) 7 圖 3 GCell 傳感器的物理模型 ADXL345 的三個(gè)相互正交的測(cè)量方向如圖 4，固定在人體上后，這三個(gè)方向上的數(shù)據(jù)意義也就隨之確定了。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù) 器， 4個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換后， 輸入單片機(jī)內(nèi)部，將數(shù)據(jù)基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) 5 處理后輸出液晶顯示。 方案三：采用 32 位微控制器 CortexM0+內(nèi) 核基于 ARMv6 架構(gòu)，支持 Thumb/Thumb2子集 ISA，單核心，采用低成本的 90nmLP 工藝制造，核心面積僅 ，每 MHz 單位頻率消耗的電流、功耗分別有 9μ A、 11μ W，是現(xiàn)今其它 8/16 位微控制器的大約三分之一，而性能上又比它們高出很多。 8051 微 控制器是一款入門級(jí)微控制器，它內(nèi)核簡(jiǎn)易，應(yīng)用廣泛，資料齊全，非常適合入門學(xué)習(xí)。隨著加速度傳感器的工藝逐漸成熟，測(cè)量精度也逐漸提高，功耗已達(dá)到微安級(jí)別，隨著 市場(chǎng)的大量使用，價(jià)格也降了下來(lái)， 非常符合本課題的設(shè)計(jì)理念。 基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) 3 方案三： 選擇壓力傳感器 為選擇一款最適合本課題的計(jì)步傳感器 將三種傳感器對(duì)比如圖： 表 1 類型 機(jī)械式振動(dòng)傳感器 加速度傳感器 壓力傳感器 工作電流 5mA 30 工作精度 目前內(nèi)置于鞋底的壓力傳感器屬于柔性傳感器。 傳感器 的選擇 方 案一： 是選擇機(jī)械式振動(dòng)傳感器 方案二： 選擇加速度傳感器 三軸加速度傳感器分為壓阻式，壓電式和電容式。緊接著第五章對(duì)實(shí)物進(jìn)行了調(diào)試和功能驗(yàn)證。如果晃動(dòng)這些裝置，就可以聽(tīng)到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺鐘左右擺動(dòng)敲響當(dāng)塊。這說(shuō)明機(jī)器的發(fā)明 (硬件 )不及找到它對(duì)人類的用途(軟件 )重要。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 計(jì)步器最早是由意大利的倫納德以腰部的上下位移最為明顯，所以記步器掛在腰帶上最為適宜。早期設(shè)計(jì)利用加重的機(jī)械開(kāi)關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器。 low power consumption 基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) III 目 錄 1 緒論 ........................................................ 1 論文研究的背景、目的及意義 ................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................... 1 本文研究的內(nèi)容 ............................................... 2 2 方案設(shè)計(jì)及選擇 ............................................... 2 設(shè)計(jì)要求 ..................................................... 2 傳感器的選擇 ................................................. 2 MCU 微處理器的選擇 ........................................... 4 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ............................................... 4 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ............................................... 5 微處理器電路模塊 ............................................. 5 計(jì)步器傳感器采集模塊 ......................................... 6 顯示模塊 ..................................................... 9 4 軟件設(shè)計(jì) ................................................... 11 軟件流程圖 .................................................. 11 計(jì)步器算法的實(shí)現(xiàn) ............................................ 11 5 測(cè)試及分析 ................................................. 16 系統(tǒng)調(diào)試及功能 .............................................. 16 系統(tǒng)的測(cè)試 .................................................. 16 6 總 結(jié) ...................................................... 18 [參考文獻(xiàn) ] ................................................... 19 附錄 1 ....................................................... 20 附錄 2 ....................................................... 20 總結(jié) ........................................................ 36 基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 論文研究的背景、目的及意義 隨著社會(huì) 的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平日漸提高，人們也越來(lái)越關(guān)注自己的健康。ADXL345。單片機(jī) STC89C51 控制液晶顯示計(jì)步狀態(tài)。而人的運(yùn)動(dòng)情況可以通過(guò)很多特性來(lái)進(jìn)行分析。基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) I 基于單片機(jī)的計(jì)步器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 摘要 : 計(jì)步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進(jìn)度監(jiān)控器，可以激勵(lì)人們挑戰(zhàn)自己，增強(qiáng)體質(zhì)，幫助瘦身。 計(jì)步器功能可以根據(jù)計(jì)算人的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)分析人體的健康狀況。軟件采用自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能，減少誤計(jì)數(shù)，更加精確。加速度傳感器 。 ADXL345。 計(jì)步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進(jìn)度監(jiān)控器，可以激勵(lì)人們挑戰(zhàn)自己，增強(qiáng)體質(zhì)，幫助瘦身。步行的時(shí)候人的重心會(huì)上下移動(dòng)。常用的加速度計(jì)原理如下：在一段塑料管中密封著一小塊磁鐵， 管外纏繞著線圈，當(dāng)塑料管運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁鐵由于慣性在管中反向運(yùn)動(dòng)，切割線圈，由于電磁感應(yīng)，線圈中產(chǎn)生電流，人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，上下起伏的加速度近似為正弦過(guò)程，線圈的輸出電流也是正弦波，測(cè)量正弦波的頻率就可以得出運(yùn)動(dòng)的步數(shù)，再計(jì)算的出速度，距離，和消耗卡路里。在中世紀(jì)和近代，計(jì)步器并未被廣泛使用，因?yàn)槿藗儾⒉磺宄挠?途。這是的計(jì)步器通常利用擺鐘原理作為記步技基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) 2 術(shù)，利用加重的機(jī)械開(kāi)關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器。 第二章根據(jù)設(shè)計(jì)的要求選擇了基于三軸加速度 ADXL345 功能計(jì)步器設(shè)計(jì)方案，第三章對(duì)硬件中微處理器電路模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊以及LED1602 顯示模塊進(jìn)行介紹，第四章中對(duì)軟件流程圖以及記步檢測(cè)算法進(jìn)行介紹。 (3)使用單片機(jī)技術(shù)處理數(shù)據(jù)。三軸加速度傳感器具有精度高、反應(yīng)速度快、通訊協(xié)議簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)，廣泛使用于汽車、數(shù)碼產(chǎn)品、航天設(shè)備等領(lǐng)域。機(jī)械設(shè)振動(dòng)傳感器應(yīng)用于早期的計(jì)步器，測(cè)量精度低，誤判、漏判嚴(yán)重，不符合本課題高精度的設(shè)計(jì)原則。 基于 51 單片機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì) 4 MCU 微處理器的選擇 方案一：采用 8 位微控制器 8 位微控制器的典型代表是 8051 微控制器。這些特點(diǎn)都保證了用它可以編寫出高效率的源程序。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 該計(jì)步器是有 ADXL345 加速度傳感器、 STC89C51 單片機(jī)以及 LED1602 顯示屏等組成。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的 解決方案 。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。兩端的極板圈定，中間的極板在加速度的作用下，偏離無(wú)加速度的位置，這樣它到兩端極板的距離發(fā)生變化，造成電容值的變化．這個(gè)變化值經(jīng)容壓變換、增益放大，濾波等后體現(xiàn)在最后的電壓輸出值上，從而完成對(duì)加速度的測(cè)量。數(shù)字輸出數(shù)據(jù)為 16 位二進(jìn)制補(bǔ)碼格式，可通過(guò) SPI(3 線或 4 線 )或 I2C 數(shù)字接口訪問(wèn)。的傾斜角度變化。它的主要原理是以 電流 刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫(huà)面。它屬于低耗電產(chǎn)品，可以做到完全不發(fā)熱 (主要耗電和發(fā)熱 部分 存在于背光燈管或 LED)，而 CRT顯示器，因顯像技術(shù)不可避免產(chǎn)生高溫。 圖 7 LCD16021602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口 第 1腳： GND 為 電源地 第 2腳： VCC 接 5V 電源正極 第 3腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，