健康计步器毕业设计

一种健康计步器的设计改革开放30年来，随着社会的不断进步，人们的生活水平也有所提高。许多人每天都把健身视为必修课。在众多健身方法中，跑步成为最有效、最简单的锻炼方法。计步器是一个受欢迎的日常锻炼进度监测器，它可以激励人们挑战自我，增强体质，帮助他们减肥。它也已经成为测量跑步时间、速度和里程的最简单、最有效的工具。计步器功能可以根据人体运动的计算来分析人体的健康状况。然而，人类的运动可以通过许多特征来分析。与传统的机械传感器不同，MMA7455是一种微机械三轴传感器，它能够捕捉人体运动时的加速度信号，并且更加精确。信号经低通滤波器滤波后，由单片机内置的模数转换器进行采样和模数转换。软件采用自适应算法实现步进计数功能，减少了误计数，更加准确。单片机STC89C52控制液晶显示器的步进计数状态。整机工作电流仅为1-1.5毫安，实现超低功耗。关键词：计步器MMA7455加速度传感器低功耗改革开放三十年来，随着社会的不断进步，人们的生活水平得到了提高，许多人把健身作为每一门必修课，在许多健身方法中，跑步是他们最有效、最简单的方法，计步器是一种流行的日常锻炼进度监视器，可以激励人们挑战自我，增强体质，帮助减肥。计步器也成为了运行时间、测量步数和消耗卡路里最简单、最有效的工具。计步器功能可以计算人的运动来分析人体健康状况。人的运动可以用许多特征来分析。与传统的机械传感器不同，MMA7455三轴传感器是一种电容式加速度信号，通过其对人体运动的捕捉，更加准确。信号通过低通滤波器，微控制器内置模数转换器进行信号采样、模数转换。软件采用自适应算法计步器功能，减少误差计数更准确。单片机控制液晶计步器状态。机器运行电流只有1-1.5毫安，超低功耗。关键词：计步器，MMA7455，加速度传感器，低功耗介绍1.1导言随着社会的发展，人们的物质生活水平日益提高。人们越来越关注自己的健康。跑步已经成为一种方便有效的锻炼方法。但是你怎么知道你的运动？计步器可以帮助人们实时掌握锻炼情况。它的主要功能是检测步数，并通过步数和步幅计算步行距离。人体消耗的热量可以通过锻炼的步数来计算，因此人们可以根据操作情况制定定量的锻炼计划来锻炼和分析人体的健康状况，因此变得越来越流行。手持式电子计步器是为满足市场需求而设计的，使用简单方便。计步器的原理是利用人体的肢体摆动来影响行走时的振动传感器，然后单片机处理振动信息并进行后续处理。振荡传感器内部有一个可以自由移动的球。物体运动时产生的物理惯性用来使球在物体内部运动。然后传感器用于检测球的运动，从而确定被检测物体的运动状态。电子计步器的主要部件是振动传感器和电子计数器。行走时，人的重心上下移动。腰部上下移动最明显，所以计步器最适合挂在腰带上。所谓的振动传感器实际上是指当配重上下振动时，配重的平衡被打破，从而可以打开/关闭触点。电子计数器完成主要的记录和显示功能。热量消耗和距离转换等其他列由电路完成。计步器中通常使用加速度计来感应外部振动。常用的加速度计原理如下：一个小磁铁密封在一段塑料管中，线圈缠绕在管外。当塑料管移动时，由于惯性，磁体在管中以相反的方向移动，线圈被切断。由于电磁感应，线圈中产生电流。人体运动时，上下加速度近似为正弦过程，线圈的输出电流也是正弦波。测量正弦波的频率可以获得运动的步数，然后计算速度、距离和卡路里消耗量。1.2研究意义计步器最初是由意大利的列奥纳多达芬奇构想出来的，但现存最早的计步器是在列奥纳多达芬奇之后150年，于1667年在德国制造的。在中世纪和现代，计步器没有被广泛使用，因为人们不知道它的用途。这表明机器(硬件)的发明不如人类找到它的用途(软件)重要。这就使得计步器通常采用钟摆的原理作为步速记录技术，使用带配重的机械开关来检测步速，并且有一个简单的计数器。如果你摇动这些装置，你可以听到一个金属球来回滑动，或者一个钟摆左右摆动来敲响积木。这种机械计步器早已从历史中消失，取而代之的是电子计步器。1.3研究内容本文是一款基于单片机的低速单片机，结合单片机7455倾角传感器实现步进计数功能。根据设计要求，选择了基于三轴加速度的MMA7455功能计步器的设计方案。硬件上介绍了微处理器电路模块、传感器数据采集模块和液晶显示器模块，并介绍了软件流程图和计步器检测算法。最后，完成了物理调试和功能验证。2方案设计和选择2.1设计要求(1)利用单片机技术处理数据。(2)能有效检测人体行走动作。(3)可以显示和记录每单位时间的步数。(4)超过设定值报警。(5)您可以通过按键设置每一步的距离、总步数和总里程的预警值。2.2单片机微处理器选择方案1: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。8051微控制器是入门级微控制器。其核心简单，应用广泛，数据完整，非常适合入门级学习。同时，价格低廉，是一种适合追求低成本但不现实的时效性的电子产品。长期以来，8051单片机以其超低的成本占据了我国小家电市场。方案2:采用16位微控制器MSP430微控制器是一款以低功耗著称的16位微控制器。它具有许多低功耗操作模式，采用精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址模式，并高效地查找表来处理指令。这些特性确保了它可以用来编写高效的源程序。方案3:采用32位微控制器目前，32位微控制器具有多种超低功耗模式的灵活电源模式，适合不同的应用场合，能够最大限度地延长电池寿命。多种技术可以优化功耗，包括时钟和电源门控技术以及效率基于上述单片机的优缺点，并根据实验要求，选用STC公司生产的廉价、低功耗、高性能的带8K系统内可编程闪存的8位单片机。2.3传感器的选择选项1:选择机械振动传感器机械振动传感器内部有一个配重。当传感器振动时，平衡被破坏，从而导致触点上下断裂。当穿着者的身体在跑步过程中波动并且重心发生变化时，计算机内部的振动传感器会将这种变化转换成数字量并将其发送到控制单元，从而获得穿着者的运动信息。机械振动传感器原理简单，精度低，成本低，适用于大振幅的场合。选项2:选择一个加速度传感器三轴加速度传感器分为压阻式、压电式和电容式。加速度的变化可以改变电阻、电压或电容的变化，从而获得空间位置三个垂直方向的加速度分量。跑步时，穿着者的身体上下波动。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，并通过分析计步器算法获得运动信息。三轴加速度传感器具有精度高、响应速度快、通信协议简单可靠的特点，广泛应用于汽车、数字产品、航空航天设备等领域。选项3:选择压力传感器压力传感器将压力的变化转换成电压的变化。有了这个功能，压力传感器可以内置在鞋的底部。当用户在旅行时，压力传感器将受到不同的压力(抬起脚时鞋上没有压力，松开脚时鞋上持续有压力)。这样，计步器的主控制单元读取压力值，并通过计步器算法判断运动状态。目前，内置在鞋底的压力传感器属于柔性传感器。在2008年北京奥运会上，它被用来检测运动员的踏板力、踏板时间、足部接触形状、运动速度、离心力等信息，以指导运动员取得更好的成绩。这种传感器价格昂贵，设计困难，不适合这种设计。早期计步器使用的机械振动传感器测量精度低、误判和漏判严重，不符合本课题的高精度设计原则。随着加速度传感器技术的逐渐成熟，测量精度也逐渐提高，功耗达到了微安级。随着市场上的大量使用，价格也有所下降，这与本课题的设计理念非常一致。考虑到价格、功耗和精度，本课题选择三轴加速度传感器MMA7455作为速度传感器。2.4系统总体设计如图2-1所示，计步器由单片机、加速度传感器、LED1602显示屏等组成。传感器采集数据，经内部模数转换器调用后，输入单片机，经处理后输入液晶显示器。液晶显示器1602微处理器STC89C52单片机MMA7455传感器采集器图2-1总框图3.系统的硬件设计3.1微处理器电路模块STC89C52是由STC公司生产的低功耗、高性能的8位单片机，具有8K的系统内可编程闪存。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是已经进行了许多改进以使芯片具有传统51单片机所没有的功能。在单芯片上，STC89C52具有智能8位处理器和可编程闪存，这使得STC 89C52为许多嵌入式控制应用系统提供了高度灵活和超高效的解决方案。它具有以下标准功能：8k字节的闪存、512字节的随机存取存储器、32位的输入/输出端口线路、看门狗定时器、内置4KB的可编程只读存储器、最大810复位电路、3个16位定时器/计数器、4个外部中断、7矢量4级中断结构(与传统的51个5矢量2级中断结构兼容)和全双工串行端口。此外，STC89X52可以降低到0Hz静态逻辑操作，支持两种软件选项的省电模式。在空闲模式下，中央处理器停止工作，允许随机存取存储器、定时器/计数器、串行端口和中断继续工作。在断电保护中STC89C52RC单片机具有8K字节的程序存储空间、512字节的数据存储空间和2K字节的EEPROM存储空间，可通过串口直接下载，如图3-1所示。图3-1微控制器最小系统电路图3.2计步器传感器采集模块MMA7455的内部功能结构如图3-1所示。在X、Y和Z三个相互正交的方向上的加速度由G-Cell传感器检测，并在经过电压耐受转换、增益放大、滤波和温度补偿后作为电压信号输出。图3-1 MMA 7455内部结构功能框图所谓的G单元传感器是由半导体材料(多晶硅)通过半导体加工制成的。它的结构可以简化为三个电容器极板。如图3-2所示，画出两端的板，中间的板在加速度的作用下偏离无加速度的位置。因此，两端距极板的距离发生变化，导致电容值发生变化。该变化值反映在电压容差转换、增益放大、滤波等之后的最终电压输出值上。从而完成加速度的测量。图3-2 G3-2g细胞传感器的物理模型当MMA7455的三个正交测量方向固定在人体上后，这三个方向的数据含义将相应确定。引脚配置(俯视图)如图3-3所示。图3-3引脚功能图MMA7455是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，具有高分辨率(13位)和16g的测量范围。数字输出数据采用16位二进制补码格式，可以通过SPI(3线或4线)或I2C数字接口访问。MMA7455非常适合移动设备应用。它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，也可以测量由运动或冲击引起的动态加速度。其高分辨率(3.9毫克/平方英尺)可测量小于1.0的倾斜角变化。如图3-4所示，它是一个传感器基座，接口电路连接：图3-4传感器连接模块该模块电路的主要功能是作为MMA7455加速度传感器的接口，MMA7455加速度传感器用于产生相应的变化值。它相当于整个系统的信号产生模块。3.3显示模块液晶显示器是一种低功耗的超薄平板显示器件。它适用于使用电池的电子设备。它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置在光源或反射器的前面。它的主要原理是