【《基于单片机的计步器的整体方案设计案例分析》5200字】

基于单片机的计步器的整体方案设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u22284基于单片机的计步器的整体方案设计案例分析 1277821.1系统的整体设计 193011.1.1硬件整体方案设计 1324861.1.2软件系统方案设计 2269191.2传感器选择 3319321.1.1加速度传感器选择 3190401.1.2液晶显示器选择 425511.3MCU微处理器选择 51.1系统的整体设计1.1.1硬件整体方案设计在该套系统进行工作的过程当中，计步器再进行采集数据的时候，主要是利用液压显示器进行实时数据的显示。但是由于在本次设计过程当中，所采用的单片机芯片为基本的结构，因此不是传统的开发板形式不具备液晶显示接口。为了解决各种现象，需要进行设计相应的液晶显示电路，并且通过液晶显示电路来进行改进其最基本的电路结构，再进行模块检测以及模块数据转换的过程当中，单片机可以直接进行数据的读取。在进行数据读取的过程当中，可以通过相应的串口通信协议来进行数据的转换，该种转换方式能够极大的降低开发的难度[[]ClercqMD.传感器、集成和电源管理的进步推动可穿戴技术的发展[J].电子产品世界,2016,(5):21-23.[]ClercqMD.传感器、集成和电源管理的进步推动可穿戴技术的发展[J].电子产品世界,2016,(5):21-23.该系统在进行整体功能设计的时候，首先需要将该系统分为两大部分进行处理，分别为应用系统部分以及软件系统部分。在进行硬件部分分类的过程当中，该套系统主要分为液晶显示器部分按键输入部分以及单片机处理器部分和传感器检测部分。同时还具备也将显示报警部分由以上几个部分进行组成，在系统进行数据处理及工作的过程当中，单片机在系统当中处于核心地位，对于算法的设计也有着重要的研究，通过系统硬件电路的焊接以及调试，才能够完成整个系统当中硬件部分的功能，使其实现各个部分的要求。如下图1.1所示：单片机控制系统电源指示灯单片机控制系统电源指示灯ADXL345ADXL345按键输入按键输入液晶显示器液晶显示器图1.1基于单片机的计步器设计系统框图（1）该套系统结构设计的过程当中。电源部分的主要功能是能够为整个系统进行供电，在选择电源部分的时候，需要充分考虑到其调试过程当中所可能遇到的问题以及所能够供的就稳定电压来源，在设计的过程当中需要不断的进行产品的改进，以使得该系统设计能够满足人们的使用需求，因此在进行选择电源的时候，一般情况下选择的电源为使用移动电源进行供电，以方便获取电源的来源。（2）按键输入的主要功能就是能够在系统当中进行设置相关的参数，该系统所需要的相关参数包含其清除系部的数据以及设置其位移的距离来进行提高其灵敏度，同时也能够设置人的体重信息，用来设置卡里鲁的消耗数值，因此按键的收入能够实现临机交互的功能，对于输入数值信息起到了作用[[]于寅虎.低功耗和小型化半导体器件掘金可穿戴设备市场[J].电子产品世界,2014,(Z1):13-15.[]于寅虎.低功耗和小型化半导体器件掘金可穿戴设备市场[J].电子产品世界,2014,(Z1):13-15.（3）在进行数据处理的过程当中，单片机在整个系统当中处于核心地位。单片机的主要功能就是能够进行实时数据的处理，并且在进行工作的过程当中可以对输入的信息进行判断，同时在进行处理之后可以进行输出控制，控制外部的LED以及控制外部的液晶进行工作。因此该套系统我在进行使用的时候，始终离不开单片机处理器的核心控制功能。（4）在采集完数据信息之后，需要利用相关的显示来进行显示操作，以方便实现人机交互的功能，在进行显示操作的过程当中，一般情况下系统当中需要利用一定的传感器材或者是使用相应的显示器材。所使用的显示器材为液晶显示器或者数码管利用该装置实现功能输出的主要作用。1.1.2软件系统方案设计该套系统在进行软件部分设计的时候，主要分为两大部分，首先就是对ADSL345进行数据的采集，在进行数据采集的时候，该部分的功能是进行判断是否进行运动的最主要功能之一，能够将该信号通过程序算法来进行读取到，并且通过单片机内部的数值判断来进行判断，是否为有效的部署，同时还需要能够进行数据的记录以及数据的相关运算，通过数据的设计以及数据方法的利用，才能够将计步器的基本功能所设计出来。同时另一方面的主要功能是能够利用显示装置进行数据的实时显示功能，在数据计算以及数据输出的过程当中，单片机控制器需要对显示装置做出更好的利用，将数据结果通过显示器的形式来进行实时刷新，一是使用者来获得该部分的主要数据功能。1.2传感器选择1.1.1加速度传感器选择在这系统进行运动的过程当中，需要利用相应的传感器材，实现对其不断的采集数据信息。因此需要选择合适的加速度传感器，加速度传感器在进行选择的时候，需要充分考虑到加速器的运算性能，同时也需要考虑其是否能够满足计步器的基本要求。在选择加速度传感器的时候，需要考虑其工作的性能以及部分的参数信息[[]蒋小梅，张俊然，赵斌，等.可穿戴式设备分类及其相关技术进展[J].生物医学工程学杂志,2016,(1):42-48.[]蒋小梅，张俊然，赵斌，等.可穿戴式设备分类及其相关技术进展[J].生物医学工程学杂志,2016,(1):42-48.方案一：MPU6050,该款处理器是加速度传感器是由美国相关公司所设计的一款六轴加速度传感器，该传感器的内部具有的较为丰富的功能，例如在该传感器的内部有一个三轴陀螺仪以及三轴加速度计，再进行采集相关运动信息的时候，能够获得较高精度的采集，在一般情况下该加速度传感器，主要是应用在相关的控制场合当中进行，使用例如在无人机当中得到了大量的应用，在进行使用的过程当中，该芯片与单片机之间采用了IIC的数据通信方式。利用各种通信方式的加速度传感器，能够进行快速的数据读取以及数据输出，同时具有较高的稳定性，在进行工作的过程当中，该芯片不易受到外界环境的干扰，在进行应用的时候，其在不同的场合之下，都能够保证具有较高的精准度以及稳定性，同时也不会对外部产生一定的干扰性，在进行使用的时候，该芯片具有较高的稳定性以及较低的功耗，在低功耗模式下，其静态电流能够达到3.6毫安左右，在加速度使用的情况下，其最高的电流能够达到50毫安，并且单片机在进行读取数据的时候，能够进行较快速度的转换，其读取的速度能够达到一兆赫兹以上，具有较快的通信方式，在该芯片的内部具有子个温度补偿装置，利用该温度补偿装置[[]耿怡，安晖，李扬，等.可穿戴设备发展现状和前景探析[J].电子科学技术,2014,(2):238-245.[]耿怡，安晖，李扬，等.可穿戴设备发展现状和前景探析[J].电子科学技术,2014,(2):238-245.方案二：ADXL345:在adxl345加速度传感器的内部具有三个方向的加速度，利用三个方向不同的加速度可以实现对其任意方位的检测，并且在进行速度采集的过程当中，该模块需要与外部的传感器以及外部的电路进行相关的数字处理以及数字输出，在该过程当中才需要利用相应的变压器芯片以及放大整流电路，在该模块内部具有的较为稳定的工作原理及工作特性，在进行通信的过程当中，该系统也是采用了IIC的通信方式。使用该种通信方式的单片机处理器，能够很好的进行数据功能的运算以及数据功能的处理，并且在该模块的内部还有一个电压比较器和一个电压转换芯片，利用该电压转换芯片，能够将5伏电压直接输出到3.3伏芯片，再进行利用高电压的时候也能够进行超低功耗。并且在进行开发的过程当中，其数据结构较为简单，方便读取该数据信息的主要结果，在进行采集的时候也具有较高的精度。以上两种传感器在进行应用以及开发的时候都具有了各自的优点，因此需要对开发的难度以及性价比等方面进行综合分析，再考虑到其设计的成本是以及开发的难度，是决定使用方案二方案当中的ADXL345更便于进行产品设计的开发。1.1.2液晶显示器选择在进行改造产品进行设计开发的时候，在进行运动的过程当中，运动人员需要实时检测自己的运动状态以及运动的步数信息，则需要利用相适应的显示装置来进行完成该部分的显示。目前市面上所售卖的液晶显示装置比较多，需要从合适的选择期当中选择一款能够进行多数据显示的装置，并且具有较高的稳定性，在经过一系列的查阅相关资料之后[[]XinY,LiX,TianHY，etal.Shoes-equippedpiezoelectrictransducerforenergyharvesting:Abriefreview[J].Ferroelectrics,2016,493:12-24.[]XinY,LiX,TianHY，etal.Shoes-equippedpiezoelectrictransducerforenergyharvesting:Abriefreview[J].Ferroelectrics,2016,493:12-24.方案一：采用LCD1602液晶显示器

该液晶显示器在进行使用的过程当中，能够同时显示32个字符，在一般的场合使用过程当中，都能够满足设计需求，例如有些工业设计设备当中，经常使用标准液晶显示器进行显示数据信息，同时在一些小型的示波器或者是小型的仪表当中，也经常会使用该种显示器，该液晶显示器与单片机进行数据通信时，将液晶显示器的数据引脚与单片机的引脚进行连接，在连接的过程当中，可以根据设计的需求，来进行液晶显示器显示的操作，使得显示内容能够显示到指定的位置上，并且能够按照数据内容进行更新。LCD1602液晶显示器如下图1.2所示：图1.2LCD1602液晶显示器方案二：Lcd12864液晶显示器,该液晶显示器能够显示较多的数据内容，同时能够以较多的数据点来进行显示，在使用的过程当中，一般情况下，可以将数据内容或者是波形信息显示到该显示器上，并且能够以较快的刷新速率进行更新，在进行供电的时候，采用了与单片机相同电压的电源，能够使用其进行直接供电，并且不需要进行电压的特殊转换，在使用该液晶显示器的过程当中，该液晶显示器能够与单片机之间进行数据通信，采用并行通讯以及串行通讯两种方式，在一般情况下，经常使用串行通讯与单片机之间进行数据交换，畅行通讯占用的数据端口较少，方便进行硬件的设计，使用变声通讯，由于其线路较多，在使用的过程当中增加了工作量，同时还会产生不稳定性。LCD12864液晶显示器如下图1.3所示：图1.3LCD12864液晶显示器实物图经过分析上述两种方案决定利用方案一，LCD1602液晶显示器作为本次显示装置，利用该种选择其进行显示时，不仅能够降低成本，同时便于后期的程序开发工作。1.3MCU微处理器选择在进行工业产品设计的时候，目前来说市面上有很多的单片机控制器，可以进行选择使用，比如经常被应用于工业开发的FPGA处理器，DSP处理器，以及arm处理器，在进行选型的时候，需要根据设计的目的以及设计的功能来进行合适的选择，再考虑其处理性能的同时，还要需要考虑到其硬件成本，经过大量的选择，有以下两种方案可以进行挑选。方案一：使用STM32F103C8T6单片机该款的单片机在进行使用的过程当中，主要是为一些高性能产品开发所设计的，该芯片具有超低功耗的特点，同时采用了ARM架构技术，单片机的处理频率较高，能够达到72MHZ，同时能够根据内部的设置进行分频，在进行供电时，芯片的供电电压为3.3V，需要采用单独的电压转换电路为其进行供电，在进行设计外围电路的时候，其外围结构较为简单，该单片机控制器主要分为三种模式，分别为待机模式，休眠模式，以及停机模式，在进入超低功耗模式下，该款单片机能够进行正常的工作，内部的计算机也能够进行快速的运转，当触发单片机时能够快速进入正常状态，单片机内部资源较为丰富，能够提供AD值转化通道以及较为复杂的功能。单片机在进行开发应用的时候，所采用的调试软件为KEIL5，在进行程序开发以及校验的时候，可以使用该种软件进行在线仿真，通过在仿真过程当中，程序运行的步骤来进行查看各个计算器的数值，以此来进行程序的调整，同时给好单面机，在进行应用的过程当中具有较高的抗干扰性能[[]AlmusallamA，TorahRN，ZhuD，etal.Screen-printedpiezoelectricshoe-insoleenergyharvesterusinganimprovedflexiblePZT-polymercomposites.[C]PowerMEMS2013,London:UniversityofSouthampton,2013.[]AlmusallamA，TorahRN，ZhuD，etal.Screen-printedpiezoelectricshoe-insoleenergyharvesterusinganimprovedflexiblePZT-polymercomposites.[C]PowerMEMS2013,London:UniversityofSouthampton,2013.图1.4STM32F103C8T6单片机实物图方案二：STC89C52单片机Stc89C52单片机是由我国国内生产厂家宏晶公司所生产的一款八位专用型的单片机处理器，该厂家在进行生产单片机处理器时，为了能够缩小单片机的体积以及降低单片机的功耗，采用了COMS生产工艺。该生产工艺的使用，使得该单片机能够在不同的工业环境当中得到大量的应用，并且能够极大的降低生产成本，喷剂的封装形式多种多样，有直插式包装以及贴片式封装，在进行选择封装形式的时候，可以根据其空间的大小来进行不同的使用，单片机在进行供电时采用了5伏供电方式，在通常使用情况下，可以使用USB或者是电脑端口进行功能调试，单片机一共有40个引脚，每个音节都能够进行相应的功能设计，并且有输入以及输出功能。该款单片机的内部资源较为丰富，在单片机的内部有多个端口能够进行输入以及输出不需要进行单独的配置，在进行应用的