跑步机开题报告

1 / 15 跑步机开题报告 电子信息工程学院 毕业设计开题报告 智能跑步机控制系统的设计 学生姓名： 专 业： 班 级： 学 号： 指导教师： 2016 年 3 月 开题报告 一、选题的依据和意义 伴随着社会的发展与进步，人们的生活水平的提高，越来越多的的人喜欢在业余时间进行锻炼，跑步机使人们的业余生活得能够更加充实并且有益身心健康，跑步机控制系统的设计也作为跑步机的核心，设计应用 数电、模电、单片机及接口技术、 C51 的编程等知识，可谓知识面含量非常广，但因现代的微电子技术、计算机技术和嵌入式微控制器技术等的飞速发展，让我们做出各种类型跑步机成为可能。目前各大城市都有很多家健身中心，不可或缺的跑步机也引领着时代的脚步。所以智能跑步机控制系统的设计也随着广大用户的需求而变得越发重要，跑步机的设计也在不断地改进和完善。 2 / 15 基于单片机跑步机控制系统主要在于单片机的应用。单片机又名嵌入式微控制器，明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中，实现的是对象的智能化控制，这一点是巨型机和网络 不可能做到的。其目前的发展趋势主要是CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。 开发此项目可以使用户更好的体验跑步机的更多更实际的功能，通过这次毕业课题的设计，一方面，巩固了我们所学的知识，检验理论运用于实践的能力，同时能够对我所学知识进行一次全面的总结。另一方面，通过大量资料的查阅，使我对跑步机工作原理有了更深入的了解，有助于提高我独立分析问题和解决问题能力，而且还提高我们综合运用知识的能力和改善了我们的知识结构，为以后的工作积累了一定的经验。 二、选题研究的基本内容 要求基于单片机设计一个跑步机控制系统。该跑步机以单片机作为核心部件产生逻辑控制及信号，能够显示跑步者跑步的时间，跑步者消耗的热量，跑步者跑步的速度跑步机坡度可调的功能。通过软件编程，易于实现功能的扩展。 1、设计跑步机能够显示跑步的总时间。 2、设计跑步机能够显示跑步者跑步的速度。 3、设计实现跑步机速度与坡度可以调节。 3 / 15 4、设计跑步机显示跑步者累计消耗的热量。 5、逐步完成各部分电路的设计。 6、完成软件编程。 7、完成硬件电路的仿真及硬件调试等主要任务。 三、研究方法及措施 对现有的跑步机进行分析、理解，剖析其组成要件及各部件的组成原理，为选取合理软件的开发方案做准备，在设计的过程中遇到了很多的困难，智能跑步机的设计，要求达到四个技术指标，跑步机开始工作时，能够显示跑步的时间，显示跑步的速度，显示跑步过程中消耗的总热量，跑步机的坡度可调。设计通过单片机实现程序的编辑与脉冲信号的输出。时间显示部分利用定时器计时实现。跑步速度通过控制电机转速，调速电机转速由单片机编 程输出方波信号并利用继电器控制直流电机的通断来实现调速电机通电时间，进而控制调速电机的转速。热量计算部分通过时间、速度、相应速度所对应的能量消耗指数来计算并通过液晶显示器显示。显示部分，设计同时显示跑步时间，跑步速度还有跑步时消耗的总热量。设计速度可调节快慢，本设计中速度通过按键调节，每按一次加速或减速键，速度会有相应的提升或减慢。在液晶显示器中显示出时间信号，速度信号还有消耗热量信号。另一个调坡度电机控制跑步机的坡度，调坡度电机选为步进电机，当调坡度电机通电时机电机转动，断4 / 15 电时电机停止转动，利用螺旋杆连接 跑步机，通过控制电机的正反转，控制跑步机坡度的大小，既达到设计要求。 1、电机的选择与控制 本设计中有两个部分需要用到电机，一部分是跑步机的跑动带滚动部分，另一部分是跑步机坡度调节部分，需要用到两个不同的电机，本设计中均选择步进电机进行设计，步进电机通过驱动器信号输入端输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制。 2、速度调节的设计 首先在速度调节部分，速度的控制主要是根据单片机内部编程来实现速度的变化，本设计可实现控制电机转速在一定范围内变化，进而使跑 步机开始运作后的跑步带速度可以调节，即跑步者可以感受不同强度的跑步训练。设计的过程中电机速度与跑步带的速度纯在线性关系，因此可实现跑步带速度通过电机转速调节，本设计采用按钮调节，即加速与减速按钮，可调节跑步带速度的快慢，即满足了跑步机跑步速度可调的设计要求。 3、速度显示部分的设计 速度控制的设计还需要显示在显示屏上。这样方便于跑步者知道自己的跑步状态，以便在以后的跑步锻炼中确定适合自己的跑步速度。所以跑步机控制系统的显示部分也显得尤为重要，因此必须要用到液晶显示器，显示器通过单5 / 15 片机 内部程序控制直接显示出跑步机运作时的实时数据。 4、跑步时间的显示 设计显示跑步者开始跑步后的跑步时间，即应用计时器功能累计计时，当跑步机停止工作时计时停止，总体由单片机内部程序编写控制，本模块比较容易实现。 图 1 跑步机速度调节与显示模块 5、热量计算并显示 热量根据跑步的速度与跑步的时间累计计算得到，不同的跑步速度会对应不同的单位时间热量消耗值，本设计在设计时将不同速度段对应的热量消耗输入到单片机内部程序中，并在跑步机开始工作后会计算出跑步者实时累计消耗的热 量，即达到了显示热量消耗的功能。热量值为速度与时间还有固定 k 值的乘积。 6、坡度的调节 坡度调节也作为比较重要的一部分在设计要求之内，坡度的调节可以模拟不同的路况，更加贴近实际跑步的环境这样的设计更加符合实际的跑步环境。设计坡度调节需要应用到另一个电机，通过控制电机的运转状态来调节电机的运转时间长短，主要不是靠电机将人升上去，而是靠电机的旋转，带动螺纹杆的进出达到跑步机升降的作用。因此仅需控制坡度调节的电机开关通断即可控制跑步机的坡度，即达到了设计要求。下图为坡度调 6 / 15 图 2 跑步机坡度调节模块 毕业设计开题报告 课 题 名 称： 多功能自动跑步机学 生 姓 名： 指 导 教 师： 所在院部： 专 业 班 级： 年 月 日 具有倒走功能的电动跑步机，面世于 XX 年。常用跑步机是用电机带动跑带往一个方向运动，具备倒走功能的电动跑步机通过导正滚筒的设置，克服了反复调整跑带的不便，通过改变滚筒形状，导轴、电机设置来实现正走或倒走功能。 同机异步康复跑步机，面世时间 XX 年。在一台电动跑步机跑台上设置左右对称的两套运动 系统。由于在一电动跑步机跑台，配置左右对称的两套运动系统，使运动方式可以实现正走、倒走、交替运动等多种方式和运动模式，使锻炼者可以随意选择，解决了现有跑步机只能单方向运动的技术问题，为锻炼者方便、安全、先进、独特的运动器械和安全的锻炼环境。 此外，还有很多新型的电动跑步机，如 495 套塑身模式电动跑步机等 6。 、跑步机发展前景 我国的国家性质决定了我国的体育事业是为人民服务的，国家必将大力发展群众体育运动。随着我国经济的7 / 15 飞速发展，社会文明程度的普遍提高，在物质生活丰 富，全民健身运动深入人心的情况下，人们越来越注重精神生活上的追求。而随着五天工作制、双休日等政策的相继实行，给人们带来了更多的闲暇时间，为体育健身器材行业的发展提供了巨大的市场需求。跑步机技术含量的高低与否，直接体现了其性能比的优劣。面对巨大的市场需求，以满足用户的需要 7。 3、 设计的主要内容和创新设计 、设计的主要内容 总体方案设计 包括基本功能、构造设计和功能原理的确定 。 传动机构设计 包括电动机类型功率选择及技术参 数、多楔带带轮结构和尺寸选择、带传动张紧装置选择。 外形结构设计 包括机架的设计、支架的设计。 前后滚筒设计 包括轴承的计算、轴的设计、强度计算和滚筒要求。 同时还包括跑步板及跑步带的设计、避震系统的设计、多动能设计、 使用和维护等。 8 / 15 、创新设计 由于电动跑步机上的电子辅助设备非常多，锻炼者可以体验不同的跑步环境， 如平地跑、上坡跑、丘陵跑、变速跑等，个人可根据自己的锻炼目的进行锻炼。跑步机在健身者运动时能显示 出跑步时的速度、时间、心率、热量、节拍、距离等指标，使健身者能够随时根据自身的身体状况调节训练强度。 4 本课题的进度安排 2016 年 12 月 26 日到 2016 年 01 月 08 日左右，收集资料，准备毕业设计开题报告。 2016 年 02 月 20 日到 2016 年 04 月 08 日左右，提交任务书，确定总体设计方案，进行结构设计，受力分析，强度校核计算、绘图。 2016 年 04 月 10 日到 2016 年 05 月 05 日左右，对设计说明书整理定稿。 2016 年 05 月 07 日到 2016 年 05 月 14 日左右，对整个毕业设计进行修改、审稿。 2016 年 05 月 16 日左右，提交毕业设计，准备答辩。 5、 参考文献 【 1 】 美 斯 凯 ， 美 容 与 保 健 【 J 】，http:/view_22189_1/， 2016。 【 2】 李碧华，人狗跑步机【 J】，中国知网， 2016。 9 / 15 【 3】 李梅浠，跑步机是膝关节杀手？【 J】，健康时报， 2016。 【 4】 吴奕，多功能跑步机【 J】，中国知网， 2016。 【 5】 崔俊涛，汇祥 VR 商 用跑步机全面提升科技含量【 J】，文体用品与科技， XX。 【 6】 浩瀚，腾飞的见证 记汇祥十五年发展之路【 J】，文体用品与科技， 2016。 【 7】 徐拥军、宛霞，跑步机在中国健身器材行业发展历程的探究 J，辽宁体育科技， 2016。 沈阳航空航天大学 毕业设计开题报告 题目 : 跑步机智能控制系统设计 专 业 :电子信息工程 班 级 : 学 号 : 姓 名 : 指导老师 : 日 期 : 一、 选题的依据及意义： 随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高 ,健康是人们越来与重视的话题 ,健身热逐渐成为主流。而现在，社会的发展忽略环境的保护，追求 GDP 的增长，室外的10 / 15 环境已严重不适合人们进行身体锻炼，汽车的普及，道路上车流如织，汽车尾气的排放、噪声的污染、交通事故的频繁发生。诸多原因，造成室外的环境锻炼已不适合于人们，有效的进行室内锻炼成为人们提高身体健康、锻炼的必然趋势。而跑步机是当今家庭健身器材中最简单的一种，是家庭健身器的最佳选择，不受外界天气、空气污染、噪声污染 ，在室内进行有氧运动，随时随地，方便高效。跑步机的制作上可起到减震作用，对脚踝和膝部反冲击有减弱作用，减轻在锻炼时对我们身体的副作用 ! 跑步机自从 20 世纪 80 年代面世以来，随着集成电路和数字电路的飞速发展，其控制系统也已从最初的模拟单闭环控制系统发展到了今天的数字式双闭环控制系统，而从近些年来科学技术的进步和国内外数字智能运动控制系统的发展趋势来看，未来跑步机控制系统的智能化、数字化将成为主流的发展趋势，这也符合人性最基本的规律，也将是改变现行的体育锻炼模式的最好途径。 此课题需要通过STM32 系列单片机实现对电机的控制，在达到控制转速及公里数的同时还具有高性能、低成本、低功耗等优势。 STM32系列单片机的优点主要有：使用 ARM 最新的、先进构架的Cortex-M3 内核；优异的实时性能，杰出的功耗控制，能最大程度上的集成整合。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和 STM32F101“基本型”系列。11 / 15 STM32F103 系列芯片按片内 Flash 的大小可分为三大类：小容量、中容量、大容量。 芯片集成定时器， CAN， ADC， SPI，I2C， USB， UART，等多种功能是同类产品中性能最高 的产品；STM32F101 系列芯片 ARM32 位 Cortex- M3 的 MHz 的最高频率， 64 至 128 KB 的快闪记忆体，高速，嵌入式记忆体。以16 位产品的价格得到比 16 位产品大幅提升的性能，是 16 位产品用户的最佳选择。 STM32F103 适用于：电机驱动、应用控制、医疗、手持设备、编程控制器、变频器、扫描仪、打印机、警报系统、视频对讲、暖气通风、空调系统等。 因此，通过对 STM32F103 系列芯片的了解，可在低成本，高效率的前提下实现对跑步机智能控制系统的设计。 二、国内外发展现状： 在当下人们生活节奏越来越快，特别是生活在城市当中的人们，其工作压力日益加大，身体所承受的压力和破坏也日益增大。增加体育锻炼，改善身体机能，成为广大上班族的迫切需求，但有限的生活空间，有限的自由支配时间和资金，导致体育健身变得困难重重。在这种情况下，占用空间小，运动效果良好的跑步机等室内运动健身器械得以长足发展。特别是跑步机，以其占用空间小，模拟跑步运动功能良好受到消费者的青睐。跑步机从 70 年代末 80 年代初台湾的 SporSart、 True、 Johnson(后为中国产）、 MagTonic、Pluse 牌跑步机开始进入市场，其中的许多厂商是在为美国12 / 15 及英国厂商进行合作生产配件过程中，发展成自创品牌货贴牌生产。而在电动跑步机的制造商，我国直到 90 年代末才出现万年青、乔山、汇祥、百利恒等自主品牌，这是中国健身器材工业的真正开始，而我国跑步机也正是在这个时期发展起来的。 在我国跑步机的新兴阶段，我国已经借鉴了一些国外跑步机在设置方面上的经验，在控制系统和性能特点上的一定程度上的改进，克服了以往跑步机笨重的特点。综合分析可得出：当下跑步机的发展趋势主要是提高其跑步舒适体验，相关研发人员在不同跑步模式、跑 步过程中下肢受力情况不同从而导致的不同跑步体验、感受方面大做文章。在增加跑步机的运动功能种类方面却鲜有涉足和建树。通过对机械方面的设计创新，增加运动种类，相信会在未来跑步机的发展中开辟出新的方向和道路。 三、本课题的研究内容和研究目的 要求基于单片机设计一个跑步机控制系统。该跑步机以单片机作为核心部件产生逻辑控制及信号，能够显示跑步者跑步的时间，跑步者跑步里程数及随意加 减跑步速度等功能。通过软件编程，易于实现功能的扩展。 在进行系统设计时，首先要学习 STM32 系列单片机的基本特性，从高性能、成本、功耗等各方面综合考虑并进13 / 15 行比较，选出相对成本低，功能全的单片机，说明在跑步机智能控制系统中选用 STM32F103VB 单片机的原因，并细致了解 STM32F103VB 单片机的特性，此单片机各方面相关内容，它如何实现对其他硬件的控制，并在此基础上进行系统硬件原理图的设计，还有各设备主程序流程图的设计，最终完成系统的总体设计，实现系统所需要的功能。 要求： 1. 调研市场上各类跑步机的主要功能； 2. 利用触摸屏设定速度、时间等参数； 3. 显示所跑公里数、时间等值； 在此基础上可进一步完成： 1. 随意加减速度； 2. 必要的安全措施； 四、本课题研究方案 对现有的跑步机进行分析、理解，剖析其组成要件及各部件的组成原理，为选取合理软件的开发方案做准备，在设计的过程中遇到了很多的困难，智能跑步机的设计，要求达到四个技术指标，跑步机开始工作时，能够显示跑步的时间，显示跑步的速度，显示跑步里程数。时间显示部分利用定时器计时实现。跑步速度通过控制电机转速，调速电机转速由单片机 编程输出方波信号并利用继电器控制直流电机的通断来实现调速电机通电时间，进而控制调速电机的转14 / 15 速。设计速度可调节快慢，本设计