智能啞鈴設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2024-11-12 09:37 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，加速度計(jì)的角度，來(lái)確定每次運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)過(guò)的角度。 語(yǔ)音模塊 語(yǔ)音模塊包括語(yǔ)音識(shí)別終端、語(yǔ)音處理器、語(yǔ)音輸出終端、 SCI 模塊、 SD 卡等，通過(guò)SCI 模塊與 MK60DN512VLL10 主控模塊進(jìn)行通 信。 本設(shè)計(jì)采用 M08A 語(yǔ)音模塊進(jìn)行信息的輸出與反饋，其主要功能有兩點(diǎn)： （ 1）當(dāng)語(yǔ)音模塊處于工作狀態(tài)時(shí)，對(duì)其說(shuō)出特定的詞語(yǔ)或句子，此時(shí)由麥克識(shí)別該聲音，之后由內(nèi)部芯片對(duì)其處理，若識(shí)別成功，內(nèi)部的芯片會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼，并訪問(wèn) SD 卡中以相同二進(jìn)制代碼命名的一條語(yǔ)音記錄，通過(guò)揚(yáng)聲器進(jìn)行播放。此語(yǔ)音內(nèi)容可人為更改為自己想用的內(nèi)容。 （ 2）通過(guò)輸入端接受單片機(jī)的 SCI 模塊發(fā)來(lái)的二進(jìn)制代碼，根據(jù)此二進(jìn)制代碼訪問(wèn)語(yǔ)音模塊 SD 卡中以相同二進(jìn)制代碼命名的一條語(yǔ)音記錄 [4]，通過(guò)揚(yáng)聲器進(jìn)行播放。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) MK60DN512主控 模塊 4 本 設(shè)計(jì)采用 C 語(yǔ)言編程，使用 Code Warrior 5 開發(fā)環(huán)境，通過(guò) BDM 進(jìn)行調(diào)試和下載。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖 2 所示。 MCU 初始化各個(gè)驅(qū)動(dòng)程序之后，等待語(yǔ)音模塊通過(guò) SCI 模塊發(fā)來(lái)信息，當(dāng)語(yǔ)音模塊接收到“開始”命令之后，發(fā)送信息給 MCU。 MCU 接收到開始信息之后，通過(guò) PIT 中斷實(shí)現(xiàn)周期性的采集陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)值，并儲(chǔ)存到內(nèi)存中。被 MCU 不斷分析來(lái)獲取啞鈴的狀態(tài)并進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)接收到“停止”指令后，停止采集。在采集數(shù)據(jù)期間，各個(gè)采集時(shí)刻的每個(gè)坐標(biāo)軸上的受力就可通過(guò) F=ma 求得，這里要求啞鈴的重量已知，軟件設(shè)計(jì)把陀螺儀和加速度計(jì)的三個(gè)坐標(biāo)軸重合。為了讓 MCU 能通過(guò)累加計(jì)算出每次采集周期內(nèi)所用的功，鍛煉者需要在發(fā)出“開始”信息之前，選擇自己的小臂長(zhǎng)度或者采用系統(tǒng)默認(rèn)值。采集停止之后，通過(guò)語(yǔ)音模塊把運(yùn)動(dòng)次數(shù)和所做的功全部反饋給訓(xùn)練者，讓訓(xùn)練者清楚地了解自己本次的訓(xùn)練結(jié)果。 圖 2 軟件流程圖 Software flow pattern 4 關(guān)鍵技術(shù)研究 傳感器模塊與主控模塊的通信 MMA8451 加速度傳感器與主控模塊通過(guò)模擬 I2C 總線進(jìn)行通信。 I2C 總線使用三根 信號(hào)線進(jìn)行通信，分別是 SCL、 SDA 和 SA0，外部上拉電阻將加速度計(jì)的 SDA 接單片機(jī)的 PM 0 口， SCL 接單片機(jī)的 PM 1 口，當(dāng)總線空閑時(shí)，這兩根線表現(xiàn)為高電平狀態(tài)。 MMA8451的 I2C 接口可工作在快速模式 400KHz 或普通模式 100KHz?？偩€傳輸開始由 START 信號(hào)觸發(fā)， START 信號(hào)定義為，當(dāng)數(shù)據(jù)線從高電平跳變到低電平，而時(shí)鐘線 SCL 仍然保持高電平。當(dāng)由主機(jī)發(fā)送 START 信號(hào)后， I2C 總線被認(rèn)為從空閑（ free）狀態(tài)進(jìn)入忙（ busy）狀態(tài)。緊接著 START 信號(hào)后主機(jī)發(fā)送的字節(jié)，前 7 位用于指示從機(jī)地址，第 8 位用于指示數(shù)據(jù)方向是“讀出”（“ 1”數(shù)據(jù)從從機(jī)到主機(jī)）還是“寫入”（“ 0”數(shù)據(jù)從主機(jī)到從機(jī)）。地址發(fā)送完畢后，總線上的所有從機(jī)將自己的地址和總線上接收到的地址進(jìn)行比較，地址匹配的設(shè)備即為主機(jī)選中設(shè)備。 MMA8451 加速度計(jì)運(yùn)動(dòng)信息采集和處理 5 程序中的信息采集是通過(guò) PIT 中斷周期性進(jìn)行的，啞鈴運(yùn)動(dòng)不需要過(guò)快的處理速度，因此，中斷采集速度不能過(guò)快。在設(shè)計(jì)中我們選擇采集頻率為 100Hz，及設(shè)定 PIT 每 10ms 中斷一次。加速度計(jì)和陀螺儀采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)物理回歸之后，得到相對(duì)應(yīng)的各坐 標(biāo)軸的帶有符號(hào)
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