绿色机电产品综合设计-知冷暖的绿色健身器

1、济南大学毕业设计- -1前言1.1健身器械发电的发展现状健身器械发电技术在国内外已被开发应用， 把健身与娱乐两者结合起来。现已应 用的是以旋转类运动器材为主的发电设备。 美国一家饮料公司的员工蹬起了健身发电 车，将产生的电能储存在电池中，供其他电器使用；英国一家夜总会舞池的地面能依 据人们的动作，将机械能直接转化为电能；在我国，利用健身车产生的电能供给手机 充电或照明，均都显示健身发电已被人们重视。在国内，健身器械的制造与西方发达国家相比还存在较大差距。 我国处于起步和 初期阶段，健身俱乐部所选用的健身器械和经营模式都较为传统， 经营者对新技术缺 乏关注，利用人力发电的健身器材的应用具有重要的

2、实际意义。12选题的背景与意义如今科技飞速发展，百姓的生活水平都有了很大的提高。时下健身以成为一种时 尚，针对人们健身后出现的口渴出汗等生理现象，设计了这一款带有小型制冷设备的健身器械。人们健身过程中会产生很多的能量，把这些能量转换为电能加以综合利用。 不仅节约了宝贵的非可再生能源，同时也会给人们带来更加舒适环保的环境。 健身器 械的设计与人有着紧密的联系，反应更加人性化的设计理念，保证人的健康舒适。利 用健身场所中人体消耗的能量发电以供其他设备使用，是对节能环保主题的探索。健 身发电是具有规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，是获得能源的二次利用、变废为宝的典范。13总体方案设计根据健

3、身自行车发电的特点考虑，我提出了两种设计方案供选择。方案一：人脚蹬自行车踏板，带动车的后轮转动，后轮通过皮带传动带动发电机 转子转动。此传动装置中，皮带轮上的包角和两轴中心距不易确定， 并且需要张紧装 置。采用交流发电机，输出的是电压、频率不稳定的交流电，经交流调压和交交变频 电路变为频率稳定的交流电，供负载用电和蓄电池充电。但是交交变频电路只能工作 在工频50HZ的交流电变为可调频率的交流电， 而发电机输出的是频率不断变化的交 流电。因此，此方案不可行。方案二：人脚蹬自行车踏板，带动车的后轮转动，后轮通过摩擦轮传动带动发电 机转子转动，此传动装置中，灵活方便易操作，工作平稳，噪声小，能够保证

4、准确的 传动比，且传动效率高。采用的是直流发电机，输出电压不稳定的直流电，通过降压 稳压电路，获得稳定性足够高的直流电，供负载用电和蓄电池充电。因此，通过以上两种方案比较，我选择方案二 1.3.1整体设计思路自行车2链轮摩擦轮等机械传动机构微型发电机及稳压电路1.3.2整体构造分析利用健身自行车链轮、摩擦轮的机械传动，带动微型发电机转子的转动。经过稳 压电路，将微型发电机产生的直流电储存在蓄电池中。供小型制冷机正常工作，利用半导体的珀尔帖效应，同时实现制冷制热。为了使健身者能够享受到更加舒适的健身 环境，蓄电池也可驱动一个小风扇，将制冷机的低温气体吹送给健身者， 健身者同时 可以观赏者Mp5播

5、放的影视。另外，由于室内空气较浑，还可驱动一个负离子发生器 工作，给健身者带来更加舒适愉悦的健身环境。（由于产生的电能有限，健身者可根据实际情况选择合适的电器使用。）2机械部分设计2.1机械传动部分设计机械传动部分主要由链轮、飞轮、摩擦轮组成。链轮传动具有传动效率高，工作可靠，结构紧凑，占据空间小，传动比稳定等优 点。同时链轮的制造及安装精度低，成本较低。飞轮安装在机器回转轴上，是具有较大的转动惯量的轮状储能器。当转速增高时, 飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来；当转速降低时，飞轮动能减少，把能量释放出来。 飞轮还可以用来减少机械运转过程的速度波动。摩擦轮正常工作时，主动轮可借助摩擦力带动从动轮回

6、转， 并使传动保持固定的 传动比。它制造简单、运行平稳、噪声小，能无级的改变传动比。本次设计是以自行车为载体，链轮传动是本身自带的。由此，根据普通成年人骑 车的转速和发电机的转速确定减速比的范围。表2.1链传动技术参数大链轮齿小链轮齿传动中心距a数乙数乙比i1(mm)40162.5480经实际测得，普通成年人骑车的转速为m =55-100(r/min),而发电机的转速约为n2 =800-3000(r/min)。根据此范围确定传动比：总传动比：i0二匹=14.5 30ni链传动比：h =2.5摩擦轮传动比：i2 =乜=5.812ii因此，我选取了摩擦轮传动传动比为i2 =8。由于大轮直径为600

7、mm,从而可得摩擦轮直径为75mm。2.2支架的设计支架部分在机械设计中也很重要，普通自行车的支架主要作用是不骑自行车时， 保持自行车不倒，没有太多的强度和稳定性要求。而本次设计健身车的主要用途是放 在室内或健身场所，长时间处于稳定状态，并且支架承受着整个自行车和人的重量， 因此，支架的设计需要较高的强度和稳定性。图2.1支架结构图此支架支撑部分是由钢制空心圆管制造， OOMPa，稳定安全系数门戎=35； 外径30mm，内径20mm，杆长356mm；左右两支架之间的距离I = 260mm ；支架底 板是用来加强稳定的，总长396mm，厚度15mm ；支架上端有两个圆管，外径50mm， 内径30

8、mm，长度110mm。根据自行车轴伸出的螺旋部分和车架圆筒的直径设计一个 套筒，人作用的力通过套筒传到支架上。图2.2套筒而这个三角支架具有一定的稳定性，由于人骑车时，身体会有所晃动，从而使人的重心有所偏移，根据左右偏移的幅度来设定的支架，从而校核其稳定性。设定人重心偏移后车轮距离为 a =60m m，人重量100kg，车重10kg。支架两支 撑点的支撑反力F1、F2，作用在支架上的力F。Fm2） g （ 1）F 二 FiF2 (2)F2I - Fi(I - a) = 0 (3)算得：F =1078(N) F788(N) F2 =290(N)弯矩为：Mi =Fi(I. 2-a) (4)M2 二

9、 F2 (12 a) (5)算得：M55.16(N m) M2 = 55.09(N m)最大弯矩为Mi处，也是最危险处。因此MiM1W (二 32) d4 (1 - ：)(6)算得：;=69(MPa)即二十，满足强度要求杆的横截面惯性矩为：杆的临界应力：44UP d)(7)F crJIEl(8)算得：I =0.0345 10$(m4) Fcr =4270(N)计算杆的工作安全系数：n 二电=3.96F满足规定的安全系数，杆满足稳定性要求。2.3保温箱的设计保温箱是用来放置半导体制冷器、 内胆、驱热风扇以及蓄电池等。半导体制冷器 的内胆用金属材料做成，以利于冷量在箱内大面积传导，便其分散均匀。用

10、无毒塑料 板隔离。外箱体可由纸板做成。在内层中填入隔热材料，可选用聚乙烯粉末或包装用 的废泡沫，然后做一金属块为储冷器，储冷器的作用是使制冷器产生额的热量更均匀的传导于内胆中。根据一般饮料瓶及矿泉水瓶的直径和高度大小，可设定内胆为半椭圆柱体，并且分为两部分，用铁丝将他们捆绑在一起。两部分中间有半导体片和隔热材料。因此， 内胆的尺寸为高度h=155（mm），直径d=80（mm）。在制冷端安装一个小型风扇，型 号：DC922512SM,额定电压12（ V）额定电流0.18（ A），尺寸：92疋92汉24（ mm）。 储蓄电能的蓄电池也放在了保温箱内，额定电压：12V，额定容量：4Ah，尺寸：83x

11、67 x98（mm）。并且设计一个槽用来放单片机。在箱体外壳侧面设计一个孔用来 外接线。设计一个箱体盖尺寸：205 180 40（ mm）。整个外箱体的尺寸： 205 180 140 （mm）。图2.2保温箱的结构图2.4电机类型与参数的选择如果采用电励磁发电机，需通入励磁电流才能产生磁场，从而切割磁感线进行发 电。一般并网运行的发电机都从电网电流产生磁场，而健身车发电机是单独运行的， 要想得到初始励磁电流只能通过蓄电池，若蓄电池的电恰好用完，那么电励磁发电机根本无法启动。永磁发电机无滑环、碳刷，定子气隙大。因此宜采用永磁直流发电机。2.4.1发电机原理发电机通常由定子、转子、端盖、机座及轴承

12、等部件构成。定子由机座.定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由铁芯、风扇及转轴等部件构成。由轴承及端盖将发电机的定子， 转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做 切割磁感线的运动，从而产生感应电动势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生 电流。2.4.2类型功率选择根据人骑自行车时消耗的功率及可承受的阻力，给出以下额定参数范围可供选择：、额定功率：根据调查，通常人一小时骑车过程中小号的功率为 150200(W)，链传动效率为！ =0.95，摩擦轮传动效率为2 =0.85，机械损耗为3 =0.8。因此,Pn = 123=100160(W)。满载功率为160(W)。由于单片

13、机控制负载的带动，所以可使用四个发电机，两个功率为 60(W)和两个功率为30(W)的发电机。所以应 采用功率小，效率高的发电机。 、额定电压：由于发电机的输出电压就是控制电路的输入电压，发电机额定电 压为元器件工作电压1016(V)。、额定转速：发电机转速越大，所产生的洛伦兹力越大，人要带动发电机转子所要克服的阻力也越大。选取额定转速为8003000( r/min )。2.4.3技术参数如下两表为发电机的技术参数：表2.2发电机1的技术参数额定电压(V)额定转速(r/min)额定功率(W)尺寸(mm)重量(g)248303071汉37汇37325表2.3发电机2的技术参数额定电压(V)额定转

14、速(r/min)额定功率(W)尺寸(mm)重量(g)2419006080X72726152.5半导体制冷器原理传统的冰箱制冷技术采用氟利昂或其他化合物制剂来实现制冷，这些物质的泄露,对周围环境造成一定得污染。半导体制冷器是基于半导体制冷技术即电子制冷技术的 新型制冷设备，不需要任何制冷剂，禾U用半导体的珀尔帖效应实现制冷、制热，是一 种绿色制冷设备。半导体制冷片的实物图如下：图2.3半导体制冷片半导体制冷片的技术参数为:表2.4主要规格参数型号电流(A)电压(V)外形尺寸(mm)温差C)最大制冷量(W)重量(g)TEC1-1270661240X40X3.6657041.5半导体制冷片即热电制冷

15、片，是一种热泵。利用半导体材料的珀尔帖效应，当直 流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时， 在电偶的两端分别吸收热量和放出热 量。可以实现在一极制冷的同时另一极制热。 其优点为没有滑动部件，能够应用在一 些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。半导体制冷片的工作运转是用的直流电流， 既能制冷又能制热。通过改变直流电流的极性，决定在一制冷片上实现制冷或制热。它是由了两片陶瓷片组成，中间有N 型和P型的半导体材料，应用串联形式连接。当一块 N型半导体材料和一块P型半 导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电 流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为

16、冷端。由 P型元件流向N型元件 的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料 N、 P的元件对数来决定。热电制冷的温差电效应为：塞贝克效应(Seebeck Effec)1822年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，若两个连接点保持不同 的温差，则在导体中产生一个温差电动势：Es 二 S 汀(1)式中：Es为温差电动势S为温差电动势率T为接点之间的温差珀尔帖效应(Peltier Effect)1834年法国人珀尔帖发现了与塞贝克相似的效应，即当电流流经两个不同的导 体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热和吸热的大小由电流的大小来 决定。Q二二二 I 二

17、 a 乙 I ( 2)式中：Q二为放热或吸收功率:为比例系数，称为珀尔帖系数I为工作电流a为温差电动势率Tc为冷接点温度汤姆逊效应(Thomson Effect)制冷器的冷端有从周围吸收的热 Q二、焦耳热Qj、传导热Qk。电流从元件内部通 过，产生焦耳热，一般传到冷端，一般传到热端。产冷量：1 2Qc =-Qj -Qa Tc I -?12 R-K(Th -人)(3)式中：R表示一对电偶的总电阻K是总热导热端散热量：1 2Qh 二Q二 Qj -Qk =a Tc I 匸I2 R_K(Th -Tc) (4)从上式看出，输入的电功率恰好是热端散掉的热与冷端吸收的热之差：Qh Qc = I 2 R =

18、P( 5)因此，得出结论：一个电偶在热端放出的热量 Qh等于输入电功率与冷端产冷量之和。 反之，冷端产冷量Qc等于热端放出的热量与输入电功率之差。3控制部分的设计3.1温度控制系统我选择STC89S52RC单片机承担中央处理器的功能。此温度控制系统为：利用 操作和控制，对采集的数据与设定的温度值进行比较，超出温度上下限进行报警并且断开对半导体的控制。温度控制系统的设计路线：第一步：通过按键设定温度数据。第二步：采用温度传感器采集变化的温度数据。第三步：采集数据与设定值相比较，超温则报警。第四步：利用C语言来实现编程工作。3.1.1工作原理温度传感器DS18B20从设备中采集温度，单片机STC8

19、9S52RC获取采集的温度 值，经过处理后得到当前环境中比较稳定的温度值，将此值与设定的温度上下限值进行比较，若超温，单片机通过三极管驱动继电器断开与半导体制冷片的连接，并且三极管驱动扬声器进行报警，发光二极管亮。图3.1单片机系统框架图3.1.2设计要求基于单片机设计的温度控制器，用于控制温度，设计要求如下：1温度连续可调，范围为0C-100oC，精度0.5C。利用功能键分别控制温度设定，功能转换及温度的增、减和复位。利用数码管显示温度。设置报警电路。3.1.3单片机系统的组成及介绍本次设计采用的是STC89C52RC单片机，用它来控制负载的选择以及温度控制 系统的超温报警电路。它是整个控制

20、系统中最核心的部分，包括：键盘电路、显示器 电路、超温报警电路、复位电路、时钟电路、传感器电路及电机的控制。通过键盘的 控制来设定温度，读取显示值，确定超温报警。下面介绍单片机管脚分布及各个管脚的功能，管脚分布如下图：L231 4567891011121J14151611S1920STC89C52RCP1.0/T2VCCP1.1/T2EXPO.O/ADOPl,2P0.1/AD1Pl.3PO.2/AD2Pl.4P03/AD3P1.5/MOSIP0.4/AD4PO5/AD5PL.7/SCKPO.6/AD6RESETPO.7/AD7RXD/P3.0EAAVPTXD/P3 丄ALE.-PROGINT0

21、/P3.2PSENINT1ZP3.3P2,7/AD15T0/P34P2.6/AD14T1/P3.5P2.5/AD13WRP3.6P2.47AD12RD/P3 JP2.3/AD11XTAL2P2,2/AD10XTAL1P2.1/AD9GNDP2.07AD8图 3.2 STC89C52RC 管脚图4039383735 343B1323130292812H262524232B 21 1各引脚功能介绍：（1）电源引脚Vcc和GNDVcc 电源电压，正常运行时为+5V电压GND接地（2）外接晶振或外部振荡器引脚XTAL1内部振荡电路反向放大器的输入端。当采用外部振荡器时，此引脚接 地。XTAL2 内部振

22、荡电路反向放大器的输出端。当采用外部振荡器是时，此引脚接外部振荡源。（3）控制或与其它电源复用引脚RST/VPD复位输入。RST引脚出现两个机器周期上高电平，单片机复位。ALE/PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE （地址锁存允许） 输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟振荡频 率的16输出正脉冲信号，所以它可对外输出时钟或用于定时目的。PSEN 外部程序存储器的选通信号。从外部程序存储器取指令期间，PSEN在每个机器周期内两次有效。EA/Vpp内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当EA/Vpp为高电平时访问内部程序存储器，当EA/Vpp为低电

23、平时，访问外部程序存储器。（4）输入/输出引脚P0 口 8位双向I/O 口，即地址/数据总线复用口。作输出口时，每位能驱动 8 个TTL逻辑门电路，对端口写“ 1”为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器时， 分别转换地址和数据总线复用。P1 口 8位准双向并行I/O 口。在片内编程和程序校验期间，作低8位地址总 线用。P1 口的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。P2 口 8位准双向并行I/O 口。当访问外部存储器时，作高 8位地址总线用。 不作外部功能扩展时，则作双准向I/O 口用。在片内程序校验时，作高8位地址线用。 P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。P3 口一一具有内部上拉电

24、路的8位准双向并行I/O端口。P3 口输出缓冲级可驱动4 个TTL逻辑门电路。同时还具有第二特殊功能。其具体含义如下：表3.1 P3 口的第二功能端口功能第二功能端口引脚第二功能RXD（ P3.0）串行输入口T0（ P3.4）定时/计数器0外部输入TXD（ P3.1）串行输出口T1（ P3.5）定时/计数器1外部输入INTO（ P3.2）外中断0WR（ P3.6）外部数据存储器写选通INT1 （ P3.3）外中断1RD（ P3.7）外部数据存储器度选通3.2单片机硬件电路设计3.2.1温度传感器部分本设计使用集成式温度传感器， 即DS18B20,是美国DALLAS半导体公司生产的 可组网数字式

25、温度传感器。全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成 电路内，如图3.3。数字温度传感器芯片封装起来，具有耐磨耐碰，体积小，使用方 便，微型化、低功耗、高性能抗干扰能力强，适用小空间及设备数字测温及控制领域， 可直接将温度转化为串行数字信号（按9位二进制数字）给单片机处理。这个传感器 为电流型，依赖于电流所输出的数值为温度的表示。其独特性在于灵敏度较高，是具有高阻性质的电源流。DS18B20是单线制温度传感器IC, 1、2脚分别是电源和地， 3脚是I/O 口。图3.3温度芯片DS18B20DS18B20的特性为： 温度测量范围-55oC 125oC，测温分辨率可达0.0625oC。具

26、有独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条线即可 实现微处理器与DS1820的双向通讯。测量结果用9位数字量串行方式传送。DS18B20支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现 多点测温。DS18B20在使用中不需要任何外围元件。综上所述，在本系统中我采用温度芯片 DS18B20测量温度。该芯片的物理化学 性能稳定，能用做工业测温元件，并且此元件线形好。在 0-100摄氏度时，最大线形 偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。322键盘电路设计单片机应用系统中，除了复位键有专门的复位电路及专一的复位功能。其他的按键

27、及键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。键盘是实现人机对话的一种重要输入方式。键盘可分为非编码键盘和编码键盘两 类。非编码键盘电路简单，易于实现，有的还可以直接利用单片机的1/0 口进行扩展。 按键的闭合和释放、消除键抖动功能都是用软件实现，成本较低。非编码键盘的识别 可以采用查询和中断两种方式，利用中断方式和查询方式的主要区别在于CPU不必像查询方式那样要不断地对键盘是否有按键按下进行查询。这时CPU可以执行其它的命令或进入休眠状态。在利用中断方式时，也需要延时以便消除键抖动，通过逐行 逐列扫描等步骤确定的哪一个键按下。中断方式具有更好是实时性。编码键盘是由硬件电路来实现键盘编码，由硬

28、件来识别按键的闭合和释放、消除按键抖动影响以及实 现一些保护措施以实现编码键盘功能。但是这种系统需要外加芯片，会使系统的设计 成本大大增加。键开关状态的可靠输入：为了去抖，我采用软件法。它是在检测到有键按下时， 执行一个10ms的延时程序后，在确认该键电平是否仍保持闭合状态。如果保持闭合 状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响。键盘输入的主要对象包括各种按键和开关。这些按键和开关可以独立使用，也可以以组合键的方式使用。单片机中常用的按键式键盘可以分为两类：矩阵式和独立连续式。矩阵式键盘是指由若干个按键组成的开关矩阵。这种键盘适合采用动态扫描方 式进行识别，即：如果采用高电平扫描，贝

29、U回送线必须被下拉为低电平。如果采用低 电压扫描，回送线必须被上拉为高电平。这种键盘的优点是控制功能较多，矩阵按键 与功能直接对应，每一按键接通只给CPU送入预先设定的指令：使用较少的1/0端口 线可以实现对较多键的控制。为了减少键盘与单片机接口所占用的1/0端口线的数目， 我采用的是4行4列矩阵键盘，把16个键排列成4X4的矩阵形式，则只需使用一个 8位I/O端口就可完成控制。该矩阵键盘的电路结构图如下：键盘中共有16个键用于方便设定温度0, 4控制电机；5控制半导体制冷器;控制小型风扇;8位数码管是动态扫描显示的，控制位为 0表示该位显示，为1表示该位不显示， 动态显示时始终保持1位显示，

30、而其它位不显示。比如显示1234ABCD，首先是P1.0 保持低电平，P1.1和P1.2口位都保持高电平，然后把1的字型码发到数据口 P1.4口，延 时10ms；在把P1.0保持低电平，P1 口其它位均保持高电平，然后把2的字型码发送到 P1.4-P1.7,延时10ms如此把“ 1234ABCD ”都发一遍，即实现了动态刷新。虽然每 次只有一位显示数字，但由于人眼的迟滞性，看到的即是静态的。图3.6数码管电路设计324复位电路设计复位是单片机的初始化操作，它的主要功能是使单片机初始化为 0000H,使其从 0000H单元开始执行程序。不仅能使系统进入正常初始化，而且当程序运行出错使系 统处于锁

31、死状态时，能使单片机重新正常工作，也需按复位键以重新启动。RSET引脚是复位的输入端。复位信号有效时为高电平，其有效持续时间24个震荡脉冲周期。 如果使用频率是6MHZ的晶振，那么复位信号持续时间应超过4us才可完成复位操作。 复位引脚上出现2个机器周期的高电平，单片机就能完成复位。325时钟电路设计时钟电路设计是当单片机工作时，提供所需要的时钟信号。单片机本身就是一个 复杂的同步时序电路程序，为了保证实现同步工作方式，电路应在唯一的时钟信号控 制下，严格地按时序进行工作。时钟系统是微型计算机控制器(MCU)的一个重要部分，它产生的时钟信号能贯彻整个芯片。时钟系统设计得好坏关系到整个芯片组能否

32、 正常工作。然而它不适合应用在各种高性能微处理器芯片上。而采用人工设计逻辑并 手工输入电路图的方法，形成的时钟信号能使设计的电路灵活，性能更好。CPU核分微处理器(MPU)和微控制器(MCU)两种，两者的基本时钟一般都以单频 方波的形式提供。时钟信号有三种产生方式：一是用压控振荡跟据声音可调频范围较 宽的时钟信号；二是用晶体振荡器产生精确而稳定的时钟信号： 三是结合以上两种方 法，用压控振荡器来生成时钟信号。基于时钟信号的产生包括内部方式和外部方式两种，本次设计采用内时钟方式。 内时钟方式是指：禾I用芯片内部电路；在 XTALI，XTAL2的引脚上外接定时元件， 内部振荡器能产生自激振荡，定时

33、元件常采用石英晶体和电容的并联谐振回路。禾U 用仪器可以观察到 XTAL2输出的正弦波。晶体应在 1.2MHZ-12MHZ之间选择，电 容应在5pf-30pf之间选择，电容C1和C2的大小对振荡频率有微小影响，能起到频 率微调作用。在设计印刷版时，晶体和电容应尽可能与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，保证振荡器可靠工作。具体电路组成如下图：3.2.6RS-232串口电路设计MAX232是常用的5V系统RS-232电平转换芯片。在3.3V系统中，MAX232作 为驱动芯片。该芯片的功能是将 5V系统的伪RS-232通信转换为12V系统负逻辑的真RS-232通信，因此，单片机可以通过 232串行总线

34、和电脑通信。其中 MAX-232的10、11脚分别与单片机的P3.1和P3.0连接。327超温报警电路设计当采集的温度经处理处理后，超过温度上限时，单片机通过P3.2 口输出控制信号驱动三极管Q8,使继电器K1断开。系统进入报警程序，三极管 Q7工作，使发光 二极管发光，蜂鸣器发声。当超过温度下线时，既有相同的效果。该电路的工作由单 片机源程序控制。具体电路连接图如下：328降压电路设计由于发电机的额定电压为24V,其输出的电压值也会有一定的波动， 蓄电池的额 定电压为12V，因此需要一个降压稳压电路来达到所需的直流电压值。即12V-24V的降压电路为：从蓄电池到单片机仍需要一个降压稳压电路，

35、即12V-5V降压电路图为:图3.12 12V-5V降压电路3.2.9稳压电路设计12V的蓄电池外接半导体制冷器时，需要一个稳压电路，使输出的直流电压基本 不受负载电阻变化以及电压波动的影响，获得稳定性足够高的 12V的直流电压。即 直接在12V电源后加一个稳压二极管即可实现。3.2.10电机控制电路设计当人蹬自行车时，输入的功率不同，那么所带动的负载也就不同。因此，我设计 了控制负载个数的电路，来实现这个要求。4.1软件设计流程图4软件设计4.2温度控制程序（见附录）5结 论本次毕业设计是一套知冷暖的绿色健身系统。利用人骑车时的机械功带动发电机 转子进行发电，从而向其他用电设备节能型供电。此

36、设计的最大特点就是不需要外部 电网络进行供电，并且设计了一套半导体制冷器，它是一种先进的制冷方式，较之传 统的机械压缩式制冷系统更快速，效率更高，而且更加环保。针对健身环境、运动器械、人运动的特点，设计的这套健身发电系统无论从理论 上还是从实践上都具有可行性。虽然很多人都在制作半导体制冷器， 但大多是外加电 网电源供电，而非自发供电。针对国家强调发展低碳经济，节能环保的课题，半导体 制冷器不需要任何类似氟利昂制冷剂。 在温度控制方面，使用单片机控制，将软件与 硬件有效结合起来，有效的提升了系统的稳定性。通过键盘来设定温度值，实现了简 单的人机对话，并将温度值在数码管上显示出来，实现了温度的自动

37、控制。因此，这 款绿色健身器及小型制冷器具有较广阔的市场前景。电能的综合利用，使这款健身器更加人性化，功能全面化。舒适的健身环境，吸 引更多的人参与到健身中去，促进了全民健身运动。其经济效益与实用价值使其更加 具有实用意义。参考文献陈俊峰永磁电机(下册)交流电机和直流电机M.中国电力出版社,1982.3康华光.电子技术基础M.高等教育出版社,1991.5王文郁.电力电子技术应用电路M.机械工业出版社，2001.8刘鸿文.材料力学M.第四版.高等教育出版社,2003.3:112-130濮良贵等.机械设计M.第八版.高等教育出版社，2008:143-166 育才.单片微型计算机及其应用M.南京：东

38、南大学出版社，2004:68-82赵聪慧，张波，张淑娟.基于人机工程学的健骑机的设计与仿真J.机械管理开发,2010.1张宏巍,于建广，周宏涛.基于单片机的健身器数据采集与分析系统设计J.机电产品开发与创新,2010.1:72-73赵言，门广亮等.基于电力电子控制电路的健身单车发电系统的研制J.科技创新导报，2009:79陈和恩，陈扬技.基于虚拟现实技术的健身车系统J.现代制造工程,2007.9:132-133肖东娟，任家俊,吴凤林.健身器材的人机工程分析与评价系统J.机械管理开发,2009.2:43-44高欣等.自行车仿真器的设计与实现J.系统仿真学报,2005:1164-1167曹巧媛.单

39、片机原理及应用M.第二版.北京：电子工业出版社,2002金发庆.传感器技术与应用M.北京:机械工业出版社,2002赵娜等 基于51单片机的温度测量系统J.微计算机信息，2007.2:146-148a,ba, *N.Ari ,A.Kribus . Impact of the Peltier effect on concentrating photovoltaic cellsJ.SolarEnergy Materials & Solar Cells 2010(94):2446 -2450D. Astrain *,J.G. Via n, J. Albizua. Computational model

40、 for refrigerators based on Peltier effect即 plicati on J. Applied Thermal En gi neerin g2005(25): 3149-3162附录#i nclude #i ncludevi ntri ns.h#defi ne nop_nop_()#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned charsbit DQ1= P3A4;sbit DQ1=P3A5;sbit LED_0=P1A0；sbit LED_ 1= P1A1；sbit LED_2=PM2;sbit

41、Light_0=P2A6;sbit Light_ 1=卩2八7;sbit Speaker=P2A5;sbit P3_2=P3A2;int ALARM_TH=0 x32;int ALARM_TL=0 x00;int temp_value=0;void display_temp(void);#define BUSY1 (DQ1=0)/定义 busy信号 sbit LED_0=PM0；void display (un sig ned char d1, un sig ned char d2, un sig ned char d3, un sig ned char d4)声明 显示函数void ds_r

42、eset_1(void);声明 18B20 复位函数void wr_ds18_1(char dat);声明 18B20 写入函数voidtime delay(unsigned char time);/声明延时函数声明18B20读入温度函数/声明延时函数/声明获取温度函数/声明18B20初始化函数声明18B20获得温度显示值函数int get_temp_1(void); void delay (un sig ned int x);int get_temp_d(void);void ds_i nit(void);void ds_getT(void);un sig ned char a16=0 xc

43、0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8.0 x80,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e;/共阳极数码管的段码0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E Fun sig ned char f;温度的整数部分和小数部分定义小数计算部分/18B20初始化使用该函数获得温度，整数部分存储到TemH，un sig ned char rd_ds18_1();un sig ned int TemH,TemL;un sig ned int count;void display_temp()while

44、(1)dsni t();ds_getT();小数部分存储到count的低8位display(TemH/10)%10,TemH%10,(cou nt/10)%10),(cou nt%10);温度发送到数码管显示void dsn it(void)un sig ned int k=0;ds_reset_1();ds_reset_1();/resetwr_ds18_1(0 xcc);/skip rom_nop_();wr_ds18_1(0 x7f);ds_reset_1();wr_ds18_1(0 xcc);_nop_();wr_ds18_1(0 x44);for(k=0;k11000;k+)time

45、_delay(255);ds_reset_1();void ds_getT(void)wr_ds18_1(0 xcc);wr_ds18_1(0 xbe);TemH=get_temp_1();TemL=get_temp_d();Tem H&=0 x00ff;TemL&=0 x00ff;cou nt=(TemH*256+TemL)*6.25;void time_delay(unsigned char time)time=time-10; time=time/6; while(time!=O)time-;void ds_reset_1(void)un sig ned char idata coun

46、t=0;DQ1=0;time_delay(240);time_delay(240);DQ1=1;return;void check_pre_1(void)while(DQ1);while(DQ1);time_delay(30);bit tmrbit_1(void)idata char i=0;bit dat;DQ1=0;_nop_();DQ1=1;_nop_();nop();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();dat = DQ1;time_delay(50);return dat;un sig ned char rd_ds18_1()un sig ned char idata i,j,dat=0;for(i=1;i=8;i+)j=tmrbit_1();dat=(j(i-1)|dat;return dat;un sig ned char rd_ds18_1;() un sig ned char idate l,j,dat=O;for (i=