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1、目录1.引言11.1选题的目的11.2选题的意义21.3国内外研究现状22.系统基本原理及系统设计方案32.1多功能计步器的基本内容32.2传感器的选择32.3 MCU微处理器的选择42.4 系统的总体设计53.系统的硬件设计63.1微处理器电路模块63.2计步器传感器采集模块73.3 数字温度传感器模块93.4显示模块104.软件设计114.1软件主流程图114.2计步器算法的实现125.硬件及软件测试155.1实物图展示155.2功能模块测试165.3软件测试166.总结17参考文献17基于单片机多功能计步器的设计与实现摘要：目前，人们可以依据这种计步器来得出人体是否是一种健康的状态，它是
2、通过研究与分析人体的运动的情况，但是人体的运动状态并不能进行简单的分析，计步器有着很多种的特性。三轴的加速度传感器ADXL345归于电容式的三轴的传感器的一种，若它与以往的机械式的传感器比的话，它得到的人的身体的运动的时候的加速度的信号会比传统的更加的准。当捕获到加速度的信号后，这些信号需要通过低通的滤波器来进行滤波，进而进行对信号的AD转换、信号的采样利用单片机的内部的结构中的AD转换器。在设计过程中难免会出现一些误差的计数，本设计运用了一种自己适应的算法来实现计步这个功能，也可以降低误差值，更为准确。最终，要用单片机的作用来把步数弄到液晶的显示屏的上面。整个的设计的需要的电流仅为1-1.5
3、mA，达到了少的功耗。关键词：计步器加速度传感器 ADXL345 低功耗1.引言1.1选题的目的随着科学技术和文化的不断发展，健康在人们物质生活和精神生活中变的越来越重要。人们开始关注身体的健康，追求更高质量的生活水平。因此，可以实时测量人们在日常生活中的运动的计步器就诞生了。步行对于锻炼来说，是一种最简单也是最方便的方法。若人的身体一直走上半小时左右，大约为4000米左右/每小时，对身体有很多的好处，增强了各种的肌肉或者肺脏的功能，有助于血液的流和通，尤其是对于那些长时间不运动的上班族来说，这是很好的锻炼方式。步行能够加强骨骼、关节、韧带，为了防止以后的疼痛和受伤。然而如果不能够很好的规划每
4、天的锻炼方法和运动程度，照样达不到所要效果或者说锻炼的效果很不明显。使用计步器可以很好的保证完成每天的运动量，计步器可以让运动者清晰的看到自己每天的运动量，能科学的对自己的运动做出规划，从而达到提高步行锻炼的质量，时钟的显示可以很好的让运动者掌握锻炼的时间程度，温度显示可以让运动者了解天气，从而选择更加适宜的地点进行锻炼，也能减少在锻炼中的意外的情况的发生。综上，运动者就可以很方便的了解自己每天的运动程度从而实现科学的运动，也有助于敦促运动者长期的坚持锻炼。1.2选题的意义在科技与社会的日益发展下，人们生活的环境也得到了很大的提高，尤其是随着办公室中亚健康群体的数量越来越多，健康也变得越来越受
5、人们的关注。计步器作为一种测量的仪器，它有很大的功能，能帮助运动者清晰的了解自己的运动量。因为它可以很好的显示出人体总共的行走的步数以及消耗的能量，所以人们也就因为这个原因来专属定制属于自己的锻炼或者运动的方案来进行自己的健康之路，最后是通过自己完成的进度来进行分析自己的身体的健康，这个方法在现在变得越来越流行。再加上为了与现在的市场所要求的需要相对应，设计出了用手拿的那种电子的计步器，使用起来的也很简单和方便。计步器作为一种日常锻炼进度监控器，越来越受人们的喜爱，其也被越来越多的人使用。它可以帮助人们合理规划自己锻炼计划，增强体质。在以往的设备中进行检测的步数的功能是利用了一个简单的计数器与
6、加重的机械的开关。我们可以拿着设备来晃动的操作，不难发现有挡块发出的声音是由于一个摆锤来回摇摆，或者出现滑动的声音是由于一个金属的球左右滑。由振动的传感器和电子的计数器组成了电子的计步器。当人体在行走的过程会发现身体的重心出现上移和下移的情况。其中最突出的就是上上下下位移的腰的位置，因此得出了把计步器放置在腰带的位置上最适宜。振动的传感器的意思就是出现了断或者通的动作在一个触点上是因为在一个平衡的锤子上进行上和下的振动，其中最主要的显示与记录的功能是由电子的计数器实现的，其他的由电路来实现的，如其他的耗了的热量和路程的转换和计算等。计步器是感到了外面的颤动，通过了一种加速度的计。一段的塑料的管
7、子里有着一块有磁性的铁，塑料管的内部是有着线圈的，当外界的作用力使得管子运动的时候，因惯性那块有磁的铁在塑料的管子里反的运动，也相当于是线圈的切割，这样线圈中就会有电流，由于电磁的感应，这就是普遍的加速度计的原理。当人的身体在进行运动的情况时候，就会感知到加速度信号，这类信号会上的起伏或下的起伏，就和正弦的过程的形状类似的，这样线圈中的输出的电流也似于正弦的波，通过研究这类正弦的波的频率就会得到了人体的运动的步数，再算出了动的距离，消耗了的卡路里，和速度。1.3国内外研究现状伦纳德达芬奇提了在以往的第一早的计步器，他来自意大利。但没保留了，现存的年代最久远的计步器是来自德国，其在1667被发明
8、。到了88年后的1755年，第一款真正的计步器面世了，其是由日本的一个电子工程师GcnnaiHiraga所发明。计步器在真正中使用已经是到了近代以后了。这样的现象表明发现的机器对人类的实用的价值比机器的制作的发明更为重要。计步器的作用是用来计算步行时的总的步数进而研究并分析身体的健康，这些已经有了足足40多年的普遍的使用的历史在日本这个国家中。在1965年，manpo-meter的计步器进到了日本的市集。计步器来记步的是用了摆摆钟的原理来进行的，我们可以拿设备进行晃的操作，不难发现有挡块发出的声音是由于一个摆锤来回摇摆，或者出现滑动的声音是由于一个金属的球左右滑。到现在为止，机械式的计步器已经
9、慢慢消失，电子式的逐渐占据了市场。2. 系统基本原理及系统设计方案2.1多功能计步器的基本内容本文的内容是基于这STC89C52较低速的单片机的设计，再加上综合上三轴加速度传感器ADXL345，这样结合起来来实现计步器的计步的作用。第二章的内容是主要的写了整个的系统的基本的原理及设计的方案，依据基本的设计的要求来进行选择传感器和微处理器，第三章是对硬件中的传感器的数据进行采集的模块、微处理器的电路的模块、数字的温度传感器的模块以及LED1602的显示的模块来进行的介绍，第四章的内容是对软件的基本的流程图以及计步器的基本的算法来进行的介绍。继而第五章是对实物的整体进行了功能的验证和调试。2.2传
10、感器的选择方案一：选择机械式振动传感器振动的传感器是机械式的，机械式的内部有一个平衡的锤，每次当传感器出现振动的时候，就会打破了其中的平衡，所以这样就会造成通或者是断在上的触点和下的触点。运动的人会在身体上携带上计步器，当运动的人在步行或者运动的时候，人体的重心就会出现上或者是下的来回起伏，振动的传感器是存在计步器的内部的，所以就会感知到加速度信号，然后将这种加速度的变化转换到数字的量输送到控制的单元中，以便能够获得运动的人的自己的运动的信息。机械式的振动的传感器的原理是简单的明了的、价格低的和精度低的，适用于振动的幅度大的场合。方案二：选择加速度传感器三轴的加速度的传感有三种，其分别是压电式
11、、电容式、压阻式。在电压式传感器中，其电压的值是会随着加速度的变化而变化的，从而使得加速度可以测量。在电容式的传感器和电阻式传感器中，其工作原理也是类似的，通过改变的对应值来获得加速度的值。运动的人在运动的过程中可能上或者下的浮动，微控制器获得了模拟量，通过这个计步的算法的分析获得了运动的信息。三轴的加速度的传感器具有反应的速度很快、通讯的协议简单又可靠、精度很高等特点，广泛的使用在数码的产品、航天的设备、汽车等领域。方案三：选择压力传感器压力传感器是将压力的变化转化为电压的变化。利用这一特点，可将压力传感器放在鞋的底部，当用户在前进过程中，压力传感器感受到的压力不同（放脚的时候脚对于鞋来说存
12、在着压力，抬脚的时候脚对鞋不存在着压力），所以计步器的主控的单元用来获取了压力的值，进而转换为步伐数据。表 1 将以上三种传感器做了对比，具体的数据如下：表 1 传感器特性对比表传感器类型机械式振动传感器加速度型传感器压力型传感器工作电流（mA） 5 30-精度（g） 0.1 0.002 -市场价格（元） 1.0 5.0 -2008年，北京举行了奥运会，在运动会上将压力传感器放置与运动员的鞋底，用测运动的人员的蹬地的时间、蹬地的力、运动的速度、脚底的接触的形状等多种信息，方便教练更好的指导运动员来取得优异的成绩。如今这种放置宇鞋底的压力传感器包含宇柔力性的传感器。但是由于这种压力传感器的设计难
13、度比较大、再加上成本较高，所以不适合本设计。本课题原则上需要达到高精度的要求，机械式的振动的传感器的测量的精度是很低的，很容易的出现了严重的漏判和误判的现象，这种的多被用在了早期的计步器当中。迄今为止，加速度传感器在市场上的广泛使用。不同的型号的加速度传感器如表 2 所示。表 2 加速度传感器特性对比表型号 LSM303DLH MPU-6050 ADXL345工作电流（mA） 0.83 500 150精度（g） 0.0003 0.0003 0.008价格（元） 40.0 50.0 3.0整合精度、价格和功耗等各方面的要求与考虑，本课题决定选择的ADXL345三轴加速度传感器来作为本设计的计步传
14、感器。2.3 MCU微处理器的选择方案一：采用8位的微控制器8051的微控制器是8位的微控制器中的最为突出的。8051的微控制器是一种的较为简单的微控制器，它很适合刚开始学习的人来用，因为它的资料很全、内核较为简单、应用范围比较的大，再加上它的价格低，所以它是一种适用于低的成本的电子的使用。正是因为这个超低的价格，所以8051的微处理器在我国的很长的一段时间内便广泛的应用于我国的小型的家电的市场。方案二：采用16位的微控制器MSP430微控制器属于16位控制器的一种，它最大的优点就是低的功耗，它采用的结构是精简的指令集（RISC），工作的模式也包括了很多的低的功耗，含有比较丰富的寻址的方式，查
15、表处理的指令的效率很高。正是它具有多种多样的优点更加确保了使用的它在编写的源的程序的效率达到较高的水平。方案三：采用32位的微控制器根据官方的发布文档可以查得Cortex-M0+的内核为ARMv6的架构，其总体从能很强劲。比如Kinetis L系列的主控制器，其是来自于飞思卡尔的能效特别高的32位的微处理器，对于各种不同的使用情况来说，它具有全面多样的功率模式，并且是超低功耗模式，再加上它可以利用多种技术来进行优化功耗，能大的程度上来延长了电池的寿命。每的微安的数据的吞吐量在高的水平在业界的里面，每当在睡眠的深度的模式下，它可以进行智能的决策紧接着处理数据在不被唤醒内核的情况下。综合本实验的各种要求以及结合几种单片机的优点和缺点，最终系统决定采用8位单片机来做主控制器。这在达到设计要求的同时也将系统设计成本实现了最小化。2.4 系统的总体设计为了达到系统的设计任务的要求，在系统的硬件部分采用了加速度传感器为ADXL345，系统的时钟选择用DS1302时钟芯片来提供，温度的检测用DS18
