基于單片機(jī)的計(jì)步器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 基于單片機(jī)的計(jì)步器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要: 計(jì)步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進(jìn)度監(jiān)控器，可以激勵(lì)人們挑戰(zhàn)自己，增強(qiáng)體質(zhì)，幫助瘦身。早期設(shè)計(jì)利用加重的機(jī)械開(kāi)關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器?；蝿?dòng)這些裝置時(shí)，可以聽(tīng)到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺錘左右擺動(dòng)敲擊擋塊。計(jì)步器功能可以根據(jù)計(jì)算人的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)分析人體的健康狀況。而人的運(yùn)動(dòng)情況可以通過(guò)很多特性來(lái)進(jìn)行分析。與傳統(tǒng)的機(jī)械式傳感器不同，ADXL345是電容式三軸傳感器，由它捕獲人體運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度信號(hào)，更加準(zhǔn)確。信號(hào)通過(guò)低通濾波器濾波，由單片機(jī)置AD轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、AD轉(zhuǎn)換。軟件采用自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能，減少誤計(jì)數(shù)，更加精確。單片機(jī)STC89C5

2、1控制液晶顯示計(jì)步狀態(tài)。整機(jī)工作電流只有1-1.5mA，實(shí)現(xiàn)超低功耗。關(guān)鍵字：計(jì)步器;加速度傳感器;ADXL345;低功耗Design and realization of pedometer-based microcontrollersAbstract：Pedometer is a popular daily exercise progress monitor, can motivate people to challenge themselves, enhance physical fitness, to help lose weight. Early designs used a wei

3、ghted mechanical switch detects the pace, and with a simple counter. When shaking the device, you can hear a metal ball to slide back and forth, left and right, or a pendulum swinging percussion stopper.Pedometer function can calculate the movement of people to analyze the situation of human health.

4、 And the movement of people can be analyzed by many features. With the traditional mechanical sensors differ, ADXL345 three-axis sensor is a capacitive acceleration signal by its human motion capture, and more accurate. Signal through a low pass filter, the microcontroller built-in A / D converter f

5、or signal sampling, A / D conversion. Software uses an adaptive algorithm pedometer function, reduce error count is more accurate. STC89C51 SCM control LCD pedometer state. Machine operating current of only 1-1.5mA, ultra-low power consumption.Key Words: pedometer; Acceleration sensor; ADXL345; low

6、power consumption32 / 36目 錄1緒論11.1論文研究的背景、目的與意義11.2國(guó)外研究現(xiàn)狀11.3本文研究的容22方案設(shè)計(jì)與選擇22.1設(shè)計(jì)要求22.2傳感器的選擇22.3 MCU微處理器的選擇42.4系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)43系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)53.1微處理器電路模塊53.2計(jì)步器傳感器采集模塊63.3顯示模塊94軟件設(shè)計(jì)114.1軟件流程圖114.2計(jì)步器算法的實(shí)現(xiàn)115測(cè)試與分析165.1系統(tǒng)調(diào)試與功能165.2系統(tǒng)的測(cè)試166總 結(jié)18參考文獻(xiàn)19附錄120附錄220總結(jié)361緒論1.1論文研究的背景、目的與意義隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平日漸提高，人們也越來(lái)越關(guān)注自

7、己的健康。計(jì)步器作為一種測(cè)量?jī)x器，可以計(jì)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(yùn)動(dòng)方案來(lái)健身，并根據(jù)運(yùn)行情況來(lái)分析人體的健康狀況，因而越發(fā)流行。手持式的電子計(jì)步器是適應(yīng)市場(chǎng)需求的設(shè)計(jì)，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。計(jì)步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進(jìn)度監(jiān)控器，可以激勵(lì)人們挑戰(zhàn)自己，增強(qiáng)體質(zhì)，幫助瘦身。早期設(shè)計(jì)利用加重的機(jī)械開(kāi)關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器。晃動(dòng)這些裝置時(shí)，可以聽(tīng)到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺錘左右擺動(dòng)敲擊擋塊。電子計(jì)步器主要組成部分是振動(dòng)傳感器和電子計(jì)數(shù)器。步行的時(shí)候人的重心會(huì)上下移動(dòng)。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(dòng)傳感器其實(shí)就是一個(gè)平衡錘

8、在上下振動(dòng)時(shí)平衡被破壞使一個(gè)觸點(diǎn)能出現(xiàn)通/斷動(dòng)作，由電子計(jì)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(jì)步器中一般采用一種加速度計(jì)來(lái)感受外界的震動(dòng)。常用的加速度計(jì)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(yùn)動(dòng)時(shí)，磁鐵由于慣性在管中反向運(yùn)動(dòng)，切割線圈，由于電磁感應(yīng)，線圈中產(chǎn)生電流，人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，上下起伏的加速度近似為正弦過(guò)程，線圈的輸出電流也是正弦波，測(cè)量正弦波的頻率就可以得出運(yùn)動(dòng)的步數(shù)，再計(jì)算的出速度，距離，和消耗卡路里。1.2國(guó)外研究現(xiàn)狀計(jì)步器最早是由意大利的倫納德達(dá)芬奇醞釀的，但現(xiàn)存的最早的計(jì)步器是在達(dá)芬奇之后150年，即德國(guó)1667年制

9、作的。 日本最早的計(jì)步器是由GcnnaiHiraga在1755年制作的。在中世紀(jì)和近代，計(jì)步器并未被廣泛使用，因?yàn)槿藗儾⒉磺宄挠猛尽＿@說(shuō)明機(jī)器的發(fā)明(硬件)不與找到它對(duì)人類的用途(軟件)重要。 在日本，計(jì)步器已經(jīng)使用了40多年，主要用于體育運(yùn)動(dòng)和分析記錄行走步調(diào)。1965年，計(jì)步器正式進(jìn)入日本商用市場(chǎng)，并被命名為manpo-meter（manpo的日語(yǔ)含義是10000步）。這是的計(jì)步器通常利用擺鐘原理作為記步技術(shù)，利用加重的機(jī)械開(kāi)關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器。如果晃動(dòng)這些裝置，就可以聽(tīng)到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺鐘左右擺動(dòng)敲響當(dāng)塊。 這種機(jī)械式的計(jì)步器早已淡出歷史，取而代之的是

10、電子式的計(jì)步器。1.3本文研究的容本文是一個(gè)基于STC89C51低速單片機(jī)，結(jié)合ADXL345傾角傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能。第二章根據(jù)設(shè)計(jì)的要求選擇了基于三軸加速度ADXL345功能計(jì)步器設(shè)計(jì)方案，第三章對(duì)硬件中微處理器電路模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊以與LED1602顯示模塊進(jìn)行介紹，第四章中對(duì)軟件流程圖以與記步檢測(cè)算法進(jìn)行介紹。緊接著第五章對(duì)實(shí)物進(jìn)行了調(diào)試和功能驗(yàn)證。2方案設(shè)計(jì)與選擇2.1設(shè)計(jì)要求(1)能夠有效的檢測(cè)人體步行動(dòng)作。(2)能夠顯示并且記錄單位時(shí)間的步數(shù)。(3)使用單片機(jī)技術(shù)處理數(shù)據(jù)。2.2傳感器的選擇方案一：是選擇機(jī)械式振動(dòng)傳感器方案二：選擇加速度傳感器三軸加速度傳感器分為壓阻式，壓

11、電式和電容式。加速度的變化能夠改變電阻、電壓或者電容的變化，從而獲得空間位置三個(gè)垂直方向的加速度分量。佩戴者在跑步過(guò)程中，身體上下起伏，計(jì)步器部的微控制器讀取三軸加速度傳感器的三組模擬量，通過(guò)計(jì)步算法分析，獲取運(yùn)動(dòng)信息。三軸加速度傳感器具有精度高、反應(yīng)速度快、通訊協(xié)議簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)，廣泛使用于汽車、數(shù)碼產(chǎn)品、航天設(shè)備等領(lǐng)域。方案三：選擇壓力傳感器為選擇一款最適合本課題的計(jì)步傳感器將三種傳感器對(duì)比如圖：表1 類型機(jī)械式振動(dòng)傳感器加速度傳感器壓力傳感器工作電流5mA30-工作精度0.1g0.002g-目前置于鞋底的壓力傳感器屬于柔性傳感器。在2008年奧運(yùn)會(huì)上曾將它用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員的蹬地力、蹬地時(shí)間

12、、足底接觸形狀、運(yùn)動(dòng)速度、離心力等信息，以便指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員取得更好的成績(jī)。這種傳感器價(jià)格昂貴，設(shè)計(jì)難度較大，不適合本設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)振動(dòng)傳感器應(yīng)用于早期的計(jì)步器，測(cè)量精度低，誤判、漏判嚴(yán)重，不符合本課題高精度的設(shè)計(jì)原則。隨著加速度傳感器的工藝逐漸成熟，測(cè)量精度也逐漸提高，功耗已達(dá)到微安級(jí)別，隨著市場(chǎng)的大量使用，價(jià)格也降了下來(lái)，非常符合本課題的設(shè)計(jì)理念。表2列出了不同型號(hào)的三軸加速度傳感器的特性。表2 加速度傳感器特性對(duì)比表加速度計(jì)代表型號(hào)LSM303DLHMPU-6050ADXL345工作電流0.83Ma500150精度0.0003g0.0003g0.008g結(jié)合價(jià)格、功耗和精度等多方面考慮，本課題選

13、擇的三軸加速度傳感器ADXL345作為計(jì)步傳感器。2.3 MCU微處理器的選擇方案一：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微控制器是一款入門級(jí)微控制器，它核簡(jiǎn)易，應(yīng)用廣泛，資料齊全，非常適合入門學(xué)習(xí)。同時(shí)它的價(jià)格低廉，是一款適用于追求低成本，不追時(shí)性的電子產(chǎn)品。在我國(guó)很長(zhǎng)一段時(shí)間，8051微控制器占據(jù)了小型家電市場(chǎng)，其中的原因正是超低的成本.方案二：采用16位微控制器MSP430微控制器是一款以低功耗聞名的16位微控制器，有許多低功耗的工作模式，采用了精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式，高效率的查表處理指令。這些特點(diǎn)都保證了用它可以編寫出高效率的源程序

14、。方案三：采用32位微控制器Cortex-M0+核基于ARMv6架構(gòu)，支持Thumb/Thumb-2子集ISA，單核心，采用低成本的90nmLP工藝制造，核心面積僅0.04mm2，每MHz單位頻率消耗的電流、功耗分別有9A、11W，是現(xiàn)今其它8/16位微控制器的大約三分之一，而性能上又比它們高出很多。飛思卡爾的Kinetis L系列微控制器基于ARM Cortex-M0+核，是目前市場(chǎng)上能效極高的32位微控制器，每微安數(shù)據(jù)吞吐量居業(yè)領(lǐng)先水平；超低功耗模式多種靈活的功率模式，適合不同的應(yīng)用情形，可最大限度延長(zhǎng)電池壽命；多種技術(shù)優(yōu)化功耗，包括90nm薄膜存儲(chǔ)(TFS)技術(shù)、時(shí)鐘和電源門控技術(shù)，以與

15、帶有位處理引擎、外圍交叉橋和零等待閃存控制器的高效平臺(tái)等；深度睡眠模式下，可在不喚醒核的情況下進(jìn)行智能決策并處理數(shù)據(jù)。 綜合上述幾種單片機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,就地取材選擇了由STC公司生產(chǎn)的一種價(jià)格便宜、低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。2.4系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)該計(jì)步器是有ADXL345加速度傳感器、STC89C51單片機(jī)以與LED1602顯示屏等組成。傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)部A/D轉(zhuǎn)換后，輸入單片機(jī)部，將數(shù)據(jù)處理后輸出液晶顯示。 VISIO LCD1602數(shù)據(jù)顯示微處理器STC89C51單片機(jī) ADXL345傳感器采集器 圖1總體方框圖3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.

16、1微處理器電路模塊STC89C51是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C51使用經(jīng)典的MCS-51核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)

17、中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C51RC單片機(jī)參數(shù)8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間；512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；帶2K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間；可直接使用串口下載；3.2計(jì)步器傳感器采集模塊ADXL345的部功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，X、Y、Z三個(gè)相互正交的的方向上的加速度由 G-Cell傳感器感知，經(jīng)過(guò)容壓變換器、增

18、益放大、濾波器和溫度補(bǔ)償后以電壓信號(hào)輸出。圖2 ADXL345部結(jié)構(gòu)功能框圖所謂的G-Cell傳感器是由半導(dǎo)體材料(多晶硅)經(jīng)半導(dǎo)體工藝加工得到，其結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為三塊電容極板，如圖3。兩端的極板圈定，中間的極板在加速度的作用下，偏離無(wú)加速度的位置，這樣它到兩端極板的距離發(fā)生變化，造成電容值的變化這個(gè)變化值經(jīng)容壓變換、增益放大，濾波等后體現(xiàn)在最后的電壓輸出值上，從而完成對(duì)加速度的測(cè)量。圖3 G-Cell傳感器的物理模型ADXL345的三個(gè)相互正交的測(cè)量方向如圖4，固定在人體上后，這三個(gè)方向上的數(shù)據(jù)意義也就隨之確定了。 圖4 ADXL345的三測(cè)量軸向引腳配置(頂視圖)： 圖5引腳功能圖ADXL34

19、5是一款小而薄的超低功耗3軸加速度計(jì)，分辨率高(13位)，測(cè)量圍達(dá)16g。數(shù)字輸出數(shù)據(jù)為16位二進(jìn)制補(bǔ)碼格式，可通過(guò)SPI(3線或4線)或I2C數(shù)字接口訪問(wèn)。ADXL345非常適合移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用。它可以在傾斜檢測(cè)應(yīng)用中測(cè)量靜態(tài)重力加速度，還可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)或沖擊導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)加速度。其高分辨率(3.9mg/LSB)，能夠測(cè)量不到1.0的傾斜角度變化。如圖10所示，為傳感器底座，接口電路連接：1234P111234P120.1uFC7X outY outZ outVCC1357911246101281314ADXL345SDOSDASCLVDDGNDGNDRESERESEINT2GNDNCVSCSINT1

20、X outZ outS1Y out圖6 傳感器連接模塊此模塊電路主要功能就用于做ADXL345加速度傳感器的一個(gè)轉(zhuǎn)接口，而且利用ADXL345該加速度傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的變化值。相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)產(chǎn)生模塊。 3.3顯示模塊液晶顯示器(LCD)為平面超薄的顯示設(shè)備，液晶顯示器功耗很低，適用于使用電池的電子設(shè)備.它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。LCD特點(diǎn)：機(jī)身薄，節(jié)省空間。與比較笨重的CRT顯示器相比，液晶顯示器只要前者三分之一的空間。 省電，不產(chǎn)生高溫。它屬于低耗電產(chǎn)品，可以做到完全不發(fā)熱(主要耗電和發(fā)

21、熱部分存在于背光燈管或LED)，而CRT顯示器，因顯像技術(shù)不可避免產(chǎn)生高溫。 低輻射，益健康。液晶顯示器的輻射遠(yuǎn)低于CRT顯示器（僅僅是低，并不是完全沒(méi)有輻射，電子產(chǎn)品多多少少都有輻射）。 畫面柔和不傷眼，不同于CRT技術(shù)，液晶顯示器畫面不會(huì)閃爍，可以減少顯示器對(duì)眼睛的傷害，眼睛不容易疲勞。圖7 LCD16021602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口第1腳：GND為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、

22、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。第15腳背光正極.第16腳背光負(fù)極。特性3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)4軟件設(shè)計(jì)4.1軟件流程圖解釋（1）主程序流程初始化預(yù)采樣顯示步數(shù)自適應(yīng)閥值開(kāi)始按鍵按下判斷閥值是否有效算法計(jì)算Y顯示輸出步數(shù)計(jì)數(shù)YCount%50=0清零按鍵按下N結(jié)束繼續(xù)計(jì)數(shù)圖8 流程圖（2）4.2計(jì)步器算法的實(shí)現(xiàn)在可用于分析跑步或步行的特征當(dāng)中，我們選擇“加

23、速度”作為相關(guān)參數(shù)。個(gè)體（與其相關(guān)軸）的運(yùn)動(dòng)包括三個(gè)分量，分別是前向（“滾動(dòng)”）、豎向（“偏航”）和側(cè)向（“俯仰”），如圖9所示。ADXL345檢測(cè)其三個(gè)軸x、y和z上的加速度。計(jì)步器處于未知方向，因此測(cè)量精度不應(yīng)嚴(yán)重依賴于運(yùn)動(dòng)軸與加速度計(jì)測(cè)量軸之間的關(guān)系。圖9 跑步時(shí)的三個(gè)分量讓我們考慮步行的特性。一個(gè)步伐，我們將其定義為單位步行周期，步行周期各階段與豎向和前向加速度變化之間有一定的關(guān)系。要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)步數(shù)首先要對(duì)人走路的姿態(tài)有一定了解。行走時(shí),腳、腿、腰部,手臂都在運(yùn)動(dòng),它們的運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的加速度,并且會(huì)在某點(diǎn)有一個(gè)峰值。從腳的加速度來(lái)檢測(cè)步數(shù)是最準(zhǔn)確的,但是考慮到攜帶的方便,我們選擇利用

24、腰部的運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)步數(shù)。圖10顯示了與一名跑步者的豎向、前向和側(cè)向加速度相對(duì)應(yīng)的x、y和z軸測(cè)量結(jié)果的典型圖樣。無(wú)論如何穿戴計(jì)步器，總有至少一個(gè)軸具有相對(duì)較大的周期性加速度變化，因此峰值檢測(cè)和針對(duì)所有三個(gè)軸上的加速度的動(dòng)態(tài)閾值決策算法對(duì)于檢測(cè)單位步行或跑步周期至關(guān)重要。圖10從一名跑步者測(cè)得的x、y和z軸加速度的典型圖樣（1）步伐參數(shù)數(shù)字濾波器：首先，為使信號(hào)波形變得平滑，需要一個(gè)數(shù)字濾波器?？梢允褂盟膫€(gè)寄存器和一個(gè)求和單元，如圖11所示。當(dāng)然，可以使用更多寄存器以使加速度數(shù)據(jù)更加平滑，但響應(yīng)時(shí)間會(huì)變慢。圖11 數(shù)字濾波器圖12顯示了來(lái)自一名步行者所戴計(jì)步器的最活躍軸的濾波數(shù)據(jù)。對(duì)于跑步者，峰峰

25、值會(huì)更高。圖12最活躍軸的濾波數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)閾值和動(dòng)態(tài)精度：系統(tǒng)持續(xù)更新三軸加速度的最大值和最小值，每采樣50次更新一次。平均值(Max + Min)/2稱為“動(dòng)態(tài)閾值”。接下來(lái)的50次采樣利用此閾值判斷個(gè)體是否邁出步伐。由于此閾值每50次采樣更新一次，因此它是動(dòng)態(tài)的。這種選擇具有自適應(yīng)性，并且足夠快。除動(dòng)態(tài)閾值外，還利用動(dòng)態(tài)精度來(lái)執(zhí)行進(jìn)一步濾波。步伐邁出的條件定義為：當(dāng)加速度曲線跨過(guò)動(dòng)態(tài)閾值下方時(shí)，加速度曲線的斜率為負(fù)值(sample_new sample_old)。峰值檢測(cè)：步伐計(jì)數(shù)器根據(jù)x、y、z三軸中加速度變化最大的一個(gè)軸計(jì)算步數(shù)。如果加速度變化太小，步伐計(jì)數(shù)器將忽略。步伐計(jì)數(shù)器利用此算法可

26、以很好地工作，但有時(shí)顯得太敏感。當(dāng)計(jì)步器因?yàn)椴叫谢蚺懿街獾脑蚨浅Ｑ杆倩蚍浅＞徛卣駝?dòng)時(shí)，步伐計(jì)數(shù)器也會(huì)認(rèn)為它是步伐。為了找到真正的有節(jié)奏的步伐，必須排除這種無(wú)效振動(dòng)。利用“時(shí)間窗口”和“計(jì)數(shù)規(guī)則”可以解決這個(gè)問(wèn)題?！皶r(shí)間窗口”用于排除無(wú)效振動(dòng)。假設(shè)人們最快的跑步速度為每秒5步，最慢的步行速度為每2秒1步。這樣，兩個(gè)有效步伐的時(shí)間間隔在時(shí)間窗口0.2 s - 2.0 s之，時(shí)間間隔超出該時(shí)間窗口的所有步伐都應(yīng)被排除。ADXL345的用戶可選輸出數(shù)據(jù)速率特性有助于實(shí)現(xiàn)時(shí)間窗口。表5.1列出了TA = 25C、VS = 2.5 V、VDD I/O = 1.8 V時(shí)的可配置數(shù)據(jù)速率（以與功耗）。

27、表3數(shù)據(jù)速率和功耗輸出數(shù)據(jù)速率(Hz)帶寬(Hz)速率代碼IDD (A)32001600111114616008001110100800400110114540020011001452001001011145100501010145502510011002512.510006512.56.250111556.253.125011040此算法使用50 Hz數(shù)據(jù)速率(20 ms)。采用interval的寄存器記錄兩步之間的數(shù)據(jù)更新次數(shù)。如果間隔值在10與100之間，則說(shuō)明兩步之間的時(shí)間在有效窗口之；否則，時(shí)間間隔在時(shí)間窗口之外，步伐無(wú)效?！坝?jì)數(shù)規(guī)則”用于確定步伐是否是一個(gè)節(jié)奏模式的一部分。步伐計(jì)數(shù)

28、器有兩個(gè)工作狀態(tài)：搜索規(guī)則和確認(rèn)規(guī)則。步伐計(jì)數(shù)器以搜索規(guī)則模式開(kāi)始工作。假設(shè)經(jīng)過(guò)四個(gè)連續(xù)有效步伐之后，發(fā)現(xiàn)存在某種規(guī)則(in regulation)，那么步伐計(jì)數(shù)器就會(huì)刷新和顯示結(jié)果，并進(jìn)入“確認(rèn)規(guī)則”工作模式。在這種模式下工作時(shí)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)有效步伐，步伐計(jì)數(shù)器就會(huì)更新一次。但是，如果發(fā)現(xiàn)哪怕一個(gè)無(wú)效步伐，步伐計(jì)數(shù)器就會(huì)返回搜索規(guī)則模式，重新搜索四個(gè)連續(xù)有效步伐。5測(cè)試與分析5.1系統(tǒng)調(diào)試與功能Adxl34傳感器 1602顯示步數(shù)和總步數(shù)單片機(jī)復(fù)位總步數(shù)復(fù)位步數(shù)復(fù)位圖13系統(tǒng)實(shí)物圖設(shè)計(jì)的實(shí)物用于記錄單位時(shí)間的人行走的步數(shù)，以與一段時(shí)間的總步數(shù)，以達(dá)到督促人們鍛煉的目的。5.2系統(tǒng)的測(cè)試如表2為

29、在實(shí)際步數(shù)中顯示步數(shù)以與總步數(shù)不復(fù)位情況下記錄。下圖表3為在實(shí)際步數(shù)中顯示步數(shù)每5步復(fù)位一次總步數(shù)不復(fù)位情況下記錄。由圖可得到實(shí)物對(duì)步數(shù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確率在90%以上。表4實(shí)際步數(shù)51015202530顯示步數(shù)5914182227總步數(shù)5914182227表5實(shí)際步數(shù)51015202530顯示步數(shù)454555總步數(shù)49131823286總 結(jié)在本次計(jì)步器的制作過(guò)程中，體會(huì)到不少。而在解決問(wèn)題的時(shí)候也是對(duì)自身的專業(yè)素質(zhì)的一種提高。在焊接過(guò)程中元件必須清潔和鍍錫焊接前用小刀掛掉氧化膜，然后再進(jìn)行焊接時(shí)應(yīng)使用電騾鐵的溫度高于焊錫的溫度以烙鐵頭接觸松香剛剛冒煙為好。焊接點(diǎn)的上錫數(shù)量焊接點(diǎn)上的焊錫數(shù)量不能太少，

30、焊少了焊接不牢固，機(jī)械強(qiáng)度也太差。同時(shí)讓我也更加的了解了ADXL345是一款出色的加速度計(jì)，非常適合計(jì)步器應(yīng)用。它具有小巧纖薄的特點(diǎn)，采用3 mm 5 mm 0.95 mm塑封封裝，利用它開(kāi)發(fā)的計(jì)步器已經(jīng)出現(xiàn)在醫(yī)療儀器和高檔消費(fèi)電子設(shè)備中。它在測(cè)量模式下的功耗僅40 A，待機(jī)模式下為0.1 A，堪稱電池供電產(chǎn)品的理想之選。嵌入式FIFO極減輕了主處理器的負(fù)荷，使功耗顯著降低。此外，可以利用可選的輸出數(shù)據(jù)速率進(jìn)行定時(shí)，從而取代處理器中的定時(shí)器。13位分辨率可以檢測(cè)非常小的峰峰值變化，為開(kāi)發(fā)高精度計(jì)步器創(chuàng)造了條件。最后，它具有三軸輸出功能，結(jié)合上述算法，用戶可以將計(jì)步器戴在身上幾乎任何部位。參考文

31、獻(xiàn)1 赟 周宇 徐寅林. 加速度傳感器在步態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用J. 信息化研究, 2009，35(9).2 錢朋安，運(yùn)建，唐毅等.加速度計(jì)在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用J.計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)展，2004:632636.3 義華.基于加速度傳感器的定位系統(tǒng)研究D.：大學(xué)，2006. 4 孟維國(guó)三軸加速度計(jì)ADXL345的特點(diǎn)與其應(yīng)用J電子設(shè)計(jì)工程，2007(2)：47-50 5 賈朱紅，曉冬基于IC總線的單主多從單片機(jī)之問(wèn)的通信J微計(jì)算機(jī)信息，2009，25(3-2)：101 6 高吉祥模擬電子線路設(shè)計(jì)M：電子工業(yè)， 2007 7 爾紹電子控制電路實(shí)例M： 電子工業(yè)，2004 8 王彥朋大學(xué)生電子設(shè)計(jì)

32、與應(yīng)用M：中國(guó)電力，2007 9 屈翠香，剛.具有數(shù)字信號(hào)輸出的三軸加速度傳感器ADXL345J.國(guó)外電子元器件，1999（8）：812. 10 勃，何曉平，偉.微機(jī)械靜電伺服加速度計(jì)J.中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2000,8(1):6366. 11 宗林，圣怡，吳學(xué)忠.新型三軸加速度計(jì)J.傳感器技術(shù)學(xué)報(bào)，2004，17（3）：488492.附錄1圖17 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖附錄2#include #includeeeprom.h#include #include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsb

33、it SCL=P16; sbit SDA=P17; #defineSlaveAddress 0xA6 sbit beep=P20; #define JudgeP_M 0x8000 #define Left_cmp 0x006e #define Right_cmp 0x006e#define Go_cmp 0x006e#define Back_cmp 0x006eByte BUF8; uchar a=0,b=0;Byte Sbuf8; Word Wbuf2; int dis_data,num=0; void delay(unsigned int k);void Init_ADXL345(void

34、); void WriteDataLCM(Byte dataW);void WriteCommandLCM(Byte CMD,Byte Attribc);void DisplayOneChar(Byte X,Byte Y,Byte DData);void conversion(Word temp_data);void Single_Write_ADXL345(Byte REG_Address,Byte REG_data); Byte Single_Read_ADXL345(Byte REG_Address); void Multiple_Read_ADXL345(); void Delay5u

35、s();void Delay5ms();void Delay20ms();void ADXL345_Start();void ADXL345_Stop();void ADXL345_SendACK(bit ack);bit ADXL345_RecvACK();void ADXL345_SendByte(Byte dat);Byte ADXL345_RecvByte();void ADXL345_ReadPage();void ADXL345_WritePage();void Data_Convert();void Data_Process();/*1602液晶顯示部分子程序*/sbit rs=

36、P10;sbit en=P11;uchar code table= bushu: ;uchar code table1=zong bushu: ;int zongbushu=0,bs=0;sbit k1=P31;sbit k2=P32;sbit k3=P33;void delay(uint x) uint i,j; for(i=x;i0;i-) for(j=110;j0;j-);void write_(uchar )rs=0;P0=;delay(5);en=1;delay(5);en=0;void write_date(uchar date)rs=1;P0=date;delay(5);en=1

37、;delay(5);en=0;void init1602()write_(0x38);write_(0x0c);write_(0x06);write_(0x01);write_(0x80);for(num=0;num16;num+)write_date(tablenum);write_(0x80+0x40);for(num=0;num16;num+)write_date(table1num);void bushu_display(uchar date)uchar qian,bai,shi,ge;qian=date/1000%10;bai=date/100%10;shi=date/10%10;g

38、e=date%10;write_(0x80+6);write_date(0x30+qian);write_date(0x30+bai);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);void zongbushu_display(uchar date)uchar wan,qian,bai,shi,ge;wan=date/10000%10;qian=date/1000%10;bai=date/100%10;shi=date/10%10;ge=date%10;SectorErase(0x2000); byte_write(0x2000,zongbushu);wri

39、te_(0x80+0x40+11);write_date(0x30+wan);write_date(0x30+qian);write_date(0x30+bai);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);/*按鍵掃描*/void keyscan() if(k1=0)delay(10);if(k1=0)while(!k1);bs=0;if(k2=0)delay(10);if(k2=0)while(!k2);zongbushu=0;byte_write(0x2000,zongbushu);write_(0x80+0x40+11);if(k3=0)delay

40、(10);if(k3=0)while(!k3);bs=0;zongbushu=0;byte_write(0x2000,zongbushu);write_(0x80+0x40+11);/*主程序*void main() zongbushu=byte_read(0x2000); init1602();Delay20ms(); Init_ADXL345(); while(1) keyscan();Multiple_Read_ADXL345(); Data_Convert(); Data_Process();Delay20ms(); bushu_display(bs);zongbushu_displa

41、y(zongbushu); /*/void Delay20ms()unsigned char i, j, k;_nop_();_nop_();i = 1;j = 216;k = 35;dodowhile (-k); while (-j); while (-i);/*/*延時(shí)5微秒(STC90C52RC12M)*/void Delay5us() _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/*延時(shí)5毫秒(STC90C52RC12M)*/void D

42、elay5ms() Word n = 560; while (n-);/*起始信號(hào)*/void ADXL345_Start() SDA = 1; SCL = 1; Delay5us(); SDA = 0; Delay5us(); SCL = 0; /*停止信號(hào)*/void ADXL345_Stop() SDA = 0; SCL = 1; Delay5us(); SDA = 1; Delay5us(); /*發(fā)送應(yīng)答信號(hào)入口參數(shù):ack (0:ACK 1:NAK)*/void ADXL345_SendACK(bit ack) SDA = ack; SCL = 1; Delay5us(); SCL = 0; Delay5us(); /*接收應(yīng)答信號(hào)*/bit ADXL345_RecvACK() SCL = 1; Delay5us(); CY = SDA; SCL = 0; Delay5us(); return CY;/*向IIC總線發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)*/void ADXL345_SendByte(Byte dat) Byte i; for (i=0; i8; i+) dat = 1; SDA = CY; SCL = 1