加速度传感器开题报告.doc

精品文档辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）开 题 报 告题 目 基于单片机的多功能计步器设计 指 导 教 师 刘 昕 明 院（系、部） 电气与控制工程学院 专 业 班 级 自动化12-2班 学 号 1205010208 姓 名 韩 喜 武 日 期 2016 月3月25 教务处印制32欢迎下载32欢迎下载。一、选题的目的、意义和研究现状选题目的： 设计一个多功能计步器。该控制器以单片机为核心，通过传感器对加速度信号的捕捉，信号通过滤波器滤波，由单片机对信号进行采样、转换。从而模拟出人体运动状态通过合理算法数字式输出，制作出显示运动步数、运动路程、运动时间、环境温度、空气质量、步距可调、且带有记忆功能的多功能计步器。选题意义： 随着社会的发展时代的进步，我们遇到了越来越多关于人体健康的问题，人们不再像以前那样每天付出很大的劳动量，每天仅仅得到很少的运动量，虽然医疗越来越好，但是人均发病率大大提高，使身体的健康受到了极大的威胁。但是计步器的出现，不但可以使人们对于锻炼身体更有计划性，提高运动兴趣，而且可以合理高效地安排自己的时间，保证每日运动的合理性，使人们告别玻璃体质，摆脱疾病的困扰，给自己给家人更好地保护。人们健身热潮持续增加，相应类电子产品市场不断扩大，所以计步器的研究将会有巨大商业前景与研究价值。研究现状： 早期计步器采用机械一维震动传感器，利用机械球的来回运动来控制触点的通断，从而实现对人体运动的模拟检测，但是由于其精度不高逐渐被取代。近年来，出现了三轴加速度传感器，它能够检测人体运动时XYZ轴三个方向的加速度分量，精度高，灵敏度好，同时使产品更加轻便，功能更加强大，使得计步器的到迅猛发展，功能能越来越丰富，已经成为国际主流。目前市场上最普遍的功能以跑步功能，步数计算，路程计算为主，此外还有显示运动时间，修改步数大小，定位，运动速度，能量消耗，设置提醒，收音机，检测温度，空气质量等特色功能。整体上，计步器正朝着体积微型化，精度高，产品健康安全化，性价比最佳化，功能多元化等方向发展。 二、研究方案及预期结果设计目标：希望此款多功能计步器能够有效的检测人体运动信息，显示运动时间，且不运动时时间静止，断点下次继续计算数据防丢，下次运动继续累加。可以显示行走步数和里程数，并且根据运动者实际情况调节每步距离，适应于所有人群，显示运动环境温度、空气质量，让运动者感受到运动环境是否适宜运动，做出更健康合理的安排。设置照明灯满足一些晚间锻炼需求。按键方面可以控制时间清零，步数清零，开始，暂停，调节屏幕亮度，开关照明等等控制，此外还可以设置每天运动计划，设置一定里程数，当达到里程时，系统 会报警提示。传感器选择：计步器用来检测步伐涉及传感器主要有机械式振动传感器、压力传感器、及加速度传感器。机械式不够灵敏，不够精确，用起来不方便；压力式设计难度高，价格昂贵；相比之下加速度传感器小巧轻便、功耗极低，可以通过加速度的变化能够改变电阻、电压或者电容的变化，从而获得空间位置三个垂直方向的加速度分量。计步器内部的微控制器读取三轴加速度传感器的三组模拟量，通过计步算法分析，获取运动信息。三轴加速度传感器具有小巧轻薄、超低功耗、精度高、反应速度快等特点；检测温度方面选择DS18B20温度传感器，原理与DS1820相同，它检测到的温度值的位数跟分辨率有关，且温度转换时的延时时间从2s减少到0.75s，灵敏度更高，抗干扰能力强，具有体积小，价格低廉，精度高的特点。单片机选择： 选择STC89C52，它不但具有传统51单片机的基本功能,低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使得功能更加强大。在其芯片，可直接使用串口下载，8 k 字节程序存储空间，位512字节数据存储空间，内带4K字节EEPROM存储空间，且在系统上可编程Flash使得程序在断电情况下不至于数据丢失。此款单片机功能较多，学习比较容易，操作起来比较简单，成功案例较多便于资料获取，便于应用，价格低廉，非常符合设计要求。方案设计：该计步器主要由六部分组成，电源通过更加方便可靠的电池盒供电；传感器选用精确度高的ADXL345加速度传感器以及常用的ds18B20温度传感器，运动者运动时会产生加速度变化信息，并检测到环境温度信息，信息经过传感器进行采集，经过处理后传递给单片机芯片，芯片选择方便、经济的STC89C52单片机，将传感器输入数据进行A/D转换后经过算法处理，输出给输出模块。输出部分选用LCD1602显示屏，将单片机输出数据予以显示，要求显示运动时间、所走步数、走过路程、步距大小、环境温度、空气质量。控制部分采用常见的按键模块，设定初期按键有开始键、复位键、清零健也可以调节步距大小，以及控制屏幕亮度健，和夜视照明灯控制键。预警部分由二极管以及蜂鸣器组成，用于显示电路正常运行指示以及设置里程达到设置值的报警功能。 主要特点为：系统精度高、性能强大、使用方便、同时考虑经济性更加划算，系统的整体框图如下所示 LCD显示 单片机STC89C52电源传感器预警电路按键电路 系统原理方框图 预期结果：本设计以单片机为核心的多功能计步器，具有精度高，成本低，功能多，使用方便等特点。如果一切进行顺利的话，在最终产品成功后，能够显示运动时间、运动步数、运动里程、步距大小，环境温度等功能；能够设置每天的运动里程任务量，让自己的运动有计划有规律，让运动更加合理化。能够按键控制计步器的开始、清零、暂停，调节屏幕亮度以应对不同光照看不清屏幕的情况，也能节约能量，控制照明灯开关不惧白天黑夜，随时随地都可锻炼等。同时能够检测环境温度、空气质量，让人们能时刻知道是否适宜运动，更好的维护健康运动。此款多功能计步器，能够更大化提高人们对运动的热情，完成运动者对自己的督促与监督，让运动更加合理，更加方便自由，让身体更加健康，生活更加精彩等效果。三、研究进度（1）第 14 周： 毕业实习，论文开题报告和实习报告的整理、修改、完善与形成，初步了解课题内容 。（2）第 4 周： 设计题目定位，通过互联网查阅相关资料以及在学校图书馆查看相关书籍，完成开题报告。（3）第 5 周： 浏览有关文献，收集相关的资料，理清设计思路，丰富设计内容。（4）第 67 周 ： 认真阅读借阅的图书和上网查找到的资料，学习有关单片机和计步器的课外知识，掌握其相关的原理，并作好笔记。（5）第 810 周： 搜集课题所需器件的资料，进行对比分析（6）第1112周： 完成对单片机和传感器等实验相关器件的选择选择与购买。（7）第 13 周： 软件的应用与程序编写。（8）第 14 周： 计步器的焊接与调试。（9）第1516周 资料整理，交给老师审阅，检查错误，进行最终修改，准备答辩。（10）第 17 周 进行毕业答辩。四、主要参考文献1 张毅刚.单片机原理及应用M.北京：高等教育出版社，20132 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，20063 童诗白.华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，20064 邱关源.电路M.北京：高等教育出版社，20065谭浩强.C语言程序设计M.北京.高等教育出版社20126赵光宇.信号分析与处理M .北京.机械工业出版社20127王兆安.电力电子技术M .北京.机械工业出版社，20138 李朝青. 单片机原理及接口技术M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 20119王正林.MATLAB与控制系统仿真M .北京.电子工业出版社，201210郭天祥.十天学会单片机视频.吉林.201111 陈义华.基于加速度传感器的定位系统研究D.福建：厦门大学，2006.12 孟维国三轴加速度计ADXL345的特点及其应用J电子设计工程，2007(2)：47-5013 曹赟，周宇，徐寅林. 加速度传感器在步态信号采集系统中的应用J. 信息化研究, 2009，35(9).14 钱朋安，葛运建，唐毅等.加速度计在人体运动检测中的应用J.计算机技术与应用进展，2004:632636.15 Jan M. Rabaey，Digital Integrated Circuits a design perspective. America .The university of California，201216Miekley Bettina, Principal component analysis for the early detection of mastitis and lameness in dairy cows Pubmed Journal The Journal of dairy research, 2013, Vol.80 (3