基于單片機的計步器設(shè)計和實現(xiàn)

　　摘要： 計步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進度監(jiān)控器，可以激勵人們挑戰(zhàn)自己，增強體質(zhì)，幫助瘦身。早期設(shè)計利用加重的機械開關(guān)檢測步伐，并帶有一個簡單的計數(shù)器。晃動這些裝置時，可以聽到有一個金屬球來回滑動，或者一個擺錘左右擺動敲擊擋塊。

　　計步器功能可以根據(jù)計算人的運動情況來分析人體的健康狀況。而人的運動情況可以通過很多特性來進行分析。與傳統(tǒng)的機械式傳感器不同，ADXL345是電容式三軸傳感器，由它捕獲人體運動時加速度信號，更加準確。信號通過低通濾波器濾波，由單片機內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換器對信號進行采樣、A／D轉(zhuǎn)換。軟件采用自適應(yīng)算法實現(xiàn)計步功能，減少誤計數(shù)，更加精確。單片機STC89C52控制液晶顯示計步狀態(tài)。整機工作電流只有1-1.5mA，實現(xiàn)超低功耗。

　　關(guān)鍵字：計步器;加速度傳感器;ADXL345;低功耗

　　1.1論文研究的背景、目的及意義

　　隨著社會的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平日漸提高，人們也越來越關(guān)注自己的健康。計步器作為一種測量儀器，可以計算行走的步數(shù)和消耗的能量，所以人們可以定量的制定運動方案來健身，并根據(jù)運行情況來分析人體的健康狀況，因而越發(fā)流行。手持式的電子計步器是適應(yīng)市場需求的設(shè)計，使用起來簡單方便。

　　計步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進度監(jiān)控器，可以激勵人們挑戰(zhàn)自己，增強體質(zhì)，幫助瘦身。早期設(shè)計利用加重的機械開關(guān)檢測步伐，并帶有一個簡單的計數(shù)器。晃動這些裝置時，可以聽到有一個金屬球來回滑動，或者一個擺錘左右擺動敲擊擋塊。電子計步器主要組成部分是振動傳感器和電子計數(shù)器。步行的時候人的重心會上下移動。以腰部的上下位移最為明顯，所以記步器掛在腰帶上最為適宜。所謂的振動傳感器其實就是一個平衡錘在上下振動時平衡被破壞使一個觸點能出現(xiàn)通/斷動作，由電子計數(shù)器完成了主要的記錄與顯示功能，其他的屬于熱量消耗，路程換算均由電路完成。計步器中一般采用一種加速度計來感受外界的震動。常用的加速度計原理如下：在一段塑料管中密封著一小塊磁鐵，管外纏繞著線圈，當(dāng)塑料管運動時，磁鐵由于慣性在管中反向運動，切割線圈，由于電磁感應(yīng)，線圈中產(chǎn)生電流，人體運動時，上下起伏的加速度近似為正弦過程，線圈的輸出電流也是正弦波，測量正弦波的頻率就可以得出運動的步數(shù)，再計算的出速度，距離，和消耗卡路里。

　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　計步器最早是由意大利的倫納德·達芬奇醞釀的，但現(xiàn)存的最早的計步器 是在達芬奇之后150年，即德國1667年制作的。 日本最早的計步器是由Gcn．naiHiraga在1755年制作的。在中世紀和近代，計步器并未被廣泛使用，因為人們并不清楚它的用途。這說明機器的發(fā)明（硬件）不及找到它對人類的用途（軟件）重要。 在日本，計步器已經(jīng)使用了40多年，主要用于體育運動和分析記錄行走步調(diào)。1965年，計步器正式進入日本商用市場，并被命名為manpo-meter（manpo的日語含義是10000步）。這是的計步器通常利用擺鐘原理作為記步技術(shù)，利用加重的機械開關(guān)檢測步伐，并帶有一個簡單的計數(shù)器。如果晃動這些裝置，就可以聽到有一個金屬球來回滑動，或者一個擺鐘左右擺動敲響當(dāng)塊。 這種機械式的計步器早已淡出歷史，取而代之的是電子式的計步器。

　　1.3本文研究的內(nèi)容

　　本文是一個基于STC89C52低速單片機，結(jié)合ADXL345傾角傳感器來實現(xiàn)計步功能。第二章根據(jù)設(shè)計的要求選擇了基于三軸加速度ADXL345功能計步器設(shè)計方案，第三章對硬件中微處理器電路模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊以及LED1602顯示模塊進行介紹，第四章中對軟件流程圖以及記步檢測算法進行介紹。緊接著第五章對實物進行了調(diào)試和功能驗證。

　　2方案設(shè)計及選擇

　　2.1設(shè)計要求

　　（1）能夠有效的檢測人體步行動作。

　?。?）能夠顯示并且記錄單位時間內(nèi)的步數(shù)。

　?。?）使用單片機技術(shù)處理數(shù)據(jù)。

　　2.2傳感器的選擇

　　方案一：是選擇機械式振動傳感器

　　機械式振動傳感器內(nèi)部有一個平衡錘，當(dāng)傳感器振動時，平衡被破壞，如此會造成上下觸點的通斷。佩戴者在跑步過程中，身體起伏重心高低產(chǎn)生變化，計步器內(nèi)部的振動傳感器就會將這一變化轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送至控制單元，從而獲得佩戴者的運動信息。機械式振動傳感器原理簡單、精度和成本低，適用于振幅較大的場合。