【導讀】隨著生活水平的提高，人們越來越注重自己的身體健康。與此同時，科學技術(shù)。的迅猛發(fā)展也催生了“可穿戴健康跟蹤設(shè)備”的問世。研究如何通過“便攜式健康。跟蹤器”改善人們的健康狀況，將對人類的未來產(chǎn)生深遠的影響。調(diào)節(jié)運動量，激勵佩戴者堅持鍛煉。上面，并向個人保健養(yǎng)生方面延伸，曾一度引發(fā)了人們的鍛煉熱潮?；瘯r代的到來，計步器等相關(guān)產(chǎn)品的需求量持續(xù)增加，市場持續(xù)擴大。計步器仍具有巨大的商業(yè)前景和研究價值。三軸加速度傳感器能夠檢測人運動時X、Y、Z軸三個方向的加速度分。量，靈敏度較高。同時三軸加速度傳感器的超低功耗和高集成度也使得計步器更加。能量消耗計算及個性化步幅設(shè)計。此外還有FM收音機、行走時間、鬧鐘提醒功能、市場上，國外知名品牌主要有：acumen（安康盟）、casio（卡西

　　

【正文】 制的。 本次設(shè)計使用的 LCD5110 采用串行通信協(xié)議，僅通過 五 根數(shù)據(jù)傳輸線就能實現(xiàn)通信，該液晶屏通信速度快，功耗低，相對于段式液晶來講靈活度高，可操作性強。本次設(shè)計的人機界面共有兩級菜單，用戶能在菜單下執(zhí)行對應(yīng)操作，包括瀏覽當前計步信息，設(shè)置個人參數(shù)等等。還有 RTC 實時時鐘，實現(xiàn)自動更新時間。 整個軟件系統(tǒng) 由 多個功能模塊 組成 ， 編程時 必須做好統(tǒng)籌 分配片上硬件資源，以便在系統(tǒng)功能整合時，整個系統(tǒng)能夠正常 工作， 從而保證各模塊之前不 沖突。 36 5 系統(tǒng)測試 濾波性能測試 如 圖 所示，首先獲取加速度傳感器在三個垂直方向的加速度分量。 圖中 橫坐標為時間軸，單位是 ms，縱坐標 代表測得的加速度值，單位是 1/4096g。 其中，紅線 代表 X 軸的加速度分量，綠線代表 Y 軸的加速度分量，藍線代表 Z 軸的加速度分量 。 圖 加速度傳感器測量的波形 從 圖 可以看出， Y、 Z 軸的加速度變化波形振幅較?。ú豢紤]個別振幅較大的點），波形特征不明顯 ，無法與擾動的波形區(qū)分開 ； X 軸的加速度變化最為明顯，振幅較大，特征明顯。故先不考慮 Y、 Z 軸的加速度曲線，只分析 X 軸。去除 Y、 Z軸的波形 后 ， 如 圖 所示。 圖 加速度傳感器 X 軸方向波形 在設(shè)計濾波算法時 ，本設(shè)計嘗試了 “限幅濾波算法”、“中值濾波算法”等，最終選擇了濾波效果最顯著的“滑動平均濾波算法” （采樣點為 10 時，濾波效果最好， 37 且振幅未衰減太多） ，如 圖 所示。 其中，紅色曲線代表 X 軸方向的原始波形，橙色曲線代表經(jīng)“滑動平均濾波算法”處理過后的波形。 圖 滑動平均濾波前后對比 從 圖 中可以看出， 經(jīng) 采樣點為 10 的“滑動平均濾波算法”處理后， 原始波形中的多處 “毛刺”均被過濾掉，同時濾波后的波形振幅基本沒有衰減， 效果非常顯著。 計步 器 準確度 測試 本設(shè)計統(tǒng)計了 佩戴者在跑步和行走時計步器的測量結(jié)果 。 如 表 表 。 表 佩戴者跑步 測試 次數(shù) 實際步數(shù) 計步器顯示步數(shù) 誤差 1 14 15 0 2 30 30 0 3 59 60 1 4 89 90 1 表 佩戴者行走 測試 次數(shù) 實際步數(shù) 計步器顯示步數(shù) 誤差 1 12 15 3 2 27 30 2 3 55 60 5 4 85 90 5 38 從 表 和 表 中可以看出，佩戴者在跑步時，計步器的準確度高一些，這是由于佩戴者在跑步時垂直方向的加速度變化較為劇烈，加速度數(shù)據(jù)的波形變化明顯，且伴有明顯的節(jié)奏性，周其特性好。而 佩戴者在行走時，波形振幅 較小 ，與抖動波形區(qū)分不明顯。 功耗測試 表 計步器整體 功耗測試 計步器 工作 模式 工作電流 空閑不睡眠 關(guān)閉 顯示器 關(guān)閉 3 軸加速度計 空閑 時進入 睡眠 模式 深度休眠 從 表 中可以看出， 計步器在用戶正常使用過程中的功耗為 。 這部分損耗主要是 外設(shè)的靜態(tài)電流造成的。 另外在不同 模式之間進行切換時，開關(guān)器件反復通斷也會造成一定損耗。 小結(jié) 本項目基本的功能已經(jīng)實現(xiàn)，但是在精度上還是欠佳，在開題報告中設(shè)定的工作電流是 2mA 以下，目前在深度睡眠的模式下能夠?qū)崿F(xiàn)這個目標，在添加空間等待睡眠下的正常工作功耗大約為 ，距離目標還是有一點偏差，應(yīng)該繼續(xù)改進電路的設(shè)計。 39 總 結(jié) 本課題利用 MKL25Z128VLK4 設(shè)計開發(fā)了 一個記錄佩戴者行走（跑步）步數(shù)，估算出佩戴者的行走（跑步）距離，消耗的能量，通過 USB 與上位機進行通訊， 增加的無線模塊也加快了開發(fā)調(diào)試進度 。另外也擴展了環(huán)境溫濕度參 數(shù)的變化，顯示日歷時鐘等功能 。 整個系統(tǒng)的設(shè)計理念為高精度，低功耗。 本次 畢業(yè) 設(shè)計完成的主要工作有 以下幾個部分 ： （ 1） 硬件電路的整體設(shè)計。 （ 2） 加速度傳感器的調(diào)試 （ I2C 通訊協(xié)議） ，濾波算法設(shè)計和 計步算法 設(shè)計 。 （ 3） 計步器低功耗設(shè)計。 （ 4） 無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計。 （ 5） 電容觸摸 按鍵 的設(shè)計和 LCD 顯示菜單的設(shè)計 。 （ 6） 利用 RTC 實現(xiàn)日歷時間顯示，利用片內(nèi) Flash 存儲運動 數(shù)據(jù) ，利用溫濕度傳感器 DHT11 檢測環(huán)境的溫濕度變化 。 當然，該計步器還有很多可以改進的地方，比如可以采用功耗 更低 的 MCU 作為主控芯片，如 Energymicro 公司的 微控 制器等?？梢詫⒁壕翐Q成段式液晶能有效降低功耗。在硬件設(shè)計時加上控制端，我們使用該設(shè)備的時候才開啟起來，這樣我們整機的功耗就可以降至一個很低的水平，更加突出低功耗的產(chǎn)品設(shè)計理念。另外，在觸摸按鍵方面可以再增加一些個性化設(shè)計，比如雙擊、滑動等效果。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，深化了 對低功耗思想的理解，另外也加深了我對 USB 與上位機通信、 flash 存儲、 TSI 觸摸按鍵算法設(shè)計的熟悉，在算法方面，選擇了多方比較，擇優(yōu)處理的方式，使自己對問題的研究更加深刻，對思路的整理更加清晰。同時也提高了自己的自學和實踐能力，硬件方面增 強了對電路分析和設(shè)計的能力，避免了以往在硬件電路中出現(xiàn)的問題。軟件方面從多角度思考問題，利用不同的算法實現(xiàn)功能，使自己的編程能力有所提升。 總的來講，本次畢業(yè)設(shè)計 使我對飛思卡爾公司的 KL25Z 系列微控制器有了更深的認識，同時也認識“解決問題”的能力的重要性。 遇到問題 不要盲目地上網(wǎng)查資料，而是 要 以嚴謹?shù)?作風 去面對， 靜下心來思考原因， 抓住問題的關(guān)鍵， 解決問題后要多總結(jié)，只有這樣， 自己解決問題的能力才會真正提高。 40 致 謝 經(jīng)過幾個月的努力，終于完成了畢業(yè)設(shè)計，至此 ， 我的本科大學生活也落下了帷幕。 追憶這四年的大學 生活，的確讓人產(chǎn)生許多感慨 。 時間如流水 ， 而 流逝的不僅是 一起奮斗的光輝歲月 ，還有 那段時光 所 見證的 故事 。 在這段時間，自己 的成長也離不開老師的教導 、 同學的幫助、 親人的鼓勵 ， 請允許我在這里向他們 表達由衷的感謝 。 首先 ， 感謝 孫麗君老師 、 鄭維老師的諄諄教導。 在整個畢業(yè)設(shè)計的創(chuàng)作過程中，孫麗君老師和鄭維老師 為我提供了 很多建設(shè)性的意見和建議， 細心地 幫助我 查找不符合規(guī)范的地方，反復對我 提出 新的要求， 課余時間總是督促我反復修改論文，使得我的畢業(yè)設(shè)計論文精益求精。 在兩位老師的指導下，我 圓滿地完成了本次畢業(yè)設(shè)計論文。 然后， 感謝 自 動化 F0903 班所有同學 對我 的包容 與理解 ， 感謝電子科技協(xié)會對我的培養(yǎng)， 感謝 31520 實驗室里的同學給我的支持， 感謝 曹建偉、 郭玉峰、麻等等、戰(zhàn)永立 等對我的鼓勵 ，我會永遠記住與你們的 一起奮斗，一起成長 的時光 。 最后，感謝我的父親、母親，是你們 在 背后默默地支持 我 、 鼓勵我 ， 是你們?yōu)槲姨峁┝?堅強的經(jīng)濟 后盾我才得以完成學業(yè) 。 沒有你們，也就沒有今天的我。 盡管指導老師細心地指導我完成了畢業(yè)設(shè)計，但由于我的閱歷有限，論文還有很多不足之處，懇請讀者給予更正！ 41 參 考 文 獻 [1] 周立功等 ． 新編計算機基礎(chǔ)教程 ． 北京：北京航 空航天大學出版社， 2020． [2] 周立功等 ． 項目驅(qū)動 — 單片機應(yīng)用設(shè)計基礎(chǔ) ． 北京：北京航空航天大學出版社， 2020． [3] 唐文彥 ． 傳感器． 機械工業(yè)出版社， 2020． [4] 華容 ． 信號分析與處理 ． 高等教育出版社， 2020． [5] 閻石 ． 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) ． 高等教育出版社 ,， 2020． [6] 康華光 ． 電子技術(shù)基礎(chǔ) — 模擬部分 ． 高等教育出版社， 2020． [7] 趙俊 ． ARM CortexM0 從這里開始． 北京航空航天大學出版社， 2020． [8] 李寧 ． ARM CortexMO 微控制器技術(shù)指南 ． 北京航空航天大學出版 社， 2020． [9] 陳 杰 ． 傳感器與檢測技術(shù) ． 北京 :高教出版社 ,2020． [10] 王 威 ． 嵌入式微控制器 S08AW 原理與實踐 ． 北京 :北京航空航天大學出版社， 2020． [11] 邵貝貝，龔光華，等．單片機認識與實踐．北京：北京航空航天大學出版社， 2020． [12] 朱玉璽，催如春，鄺小磊 ． 計算機控制技術(shù) ． 電子工業(yè)出版社 ， 2020． [13] 周立功． C 程序設(shè)計高級教程（第二版） ． 北京： 北京航空航天大學出版社，2020． [14] 李光飛 ． 單片機 C 程序設(shè)計實例指導 ． 北京 ： 北京航空航天大學出版社 ,2020． [15] 李建忠 ． 單片機原理 及應(yīng)用 ． 西安電子科技大學出版社 ， 2020． [16] 李全利 ． 單片機原理及應(yīng)用技術(shù) （ 第二版 ）． 北京高等教育出版社 ， 2020． [17] Karli Watso． C入門經(jīng)典 ． 北京：清華大學出版社， 2020． [18] Freescale． KL25P80M48SF0 DataSheet． Rev， 2020． [19] Freescale． KL25P80M48SF0RM DataSheet． Rev， 2020． [20] Freescale． MMA8451Q DataSheet． Rev， 2020． 42 附錄 A 計步器原理圖圖紙 附錄圖 1 MKL25Z 最小系統(tǒng)原理圖 43 附錄圖 2 計步器 外設(shè)原理圖 44 附錄 B 計步器部分程序 文件清單 1 **File Info ** File Name: ** Last modified date: 20200327 ** Last version: ** Description: 主函數(shù)文件 ** ** ** Created by: Yitao LU ** Created date: 20200327 ** Version: ** Descriptions: 計步器主程序 ** ** Modified by: ** Modified date: ** Version: ** Descriptions: *********************************************************************************/ include include include include extern INT8U gucUSBInsertFlag。 extern INT8U gucUSBExtractFlag 。 INT8U gucUSBExtractCont = 0。 volatile INT8U gu8ISR_Flags=0。 /********************************************************************************** ** Function name: main ** Descriptions: 計步器主程序 ** input parameters: none ** output parameters: none ** Returned value: none ** Created by: Yitao LU ** Created Date: 20200425 ** ** Modified by: ** Modified date: **********************************************************************************/ int main (void) 45 { S