加速度傳感器開(kāi)題報(bào)告

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi) 題 報(bào) 告題 目 基于單片機(jī)的多功能計(jì)步器設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 劉 昕 明 院（系、部） 電氣與控制工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 自動(dòng)化12-2班 學(xué) 號(hào) 1205010208 姓 名 韓 喜 武 日 期 2016 月3月25 教務(wù)處印制一、選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀選題目的： 設(shè)計(jì)一個(gè)多功能計(jì)步器。該控制器以單片機(jī)為核心，通過(guò)傳感器對(duì)加速度信號(hào)的捕捉，信號(hào)通過(guò)濾波器濾波，由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、轉(zhuǎn)換。從而模擬出人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過(guò)合理算法數(shù)字式輸出，制作出顯示運(yùn)動(dòng)步數(shù)、運(yùn)動(dòng)路程、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、環(huán)境溫度、空氣質(zhì)量、步距可調(diào)、且?guī)в杏洃浌δ艿亩喙δ苡?jì)步器。選題意義：

2、隨著社會(huì)的發(fā)展時(shí)代的進(jìn)步，我們遇到了越來(lái)越多關(guān)于人體健康的問(wèn)題，人們不再像以前那樣每天付出很大的勞動(dòng)量，每天僅僅得到很少的運(yùn)動(dòng)量，雖然醫(yī)療越來(lái)越好，但是人均發(fā)病率大大提高，使身體的健康受到了極大的威脅。但是計(jì)步器的出現(xiàn)，不但可以使人們對(duì)于鍛煉身體更有計(jì)劃性，提高運(yùn)動(dòng)興趣，而且可以合理高效地安排自己的時(shí)間，保證每日運(yùn)動(dòng)的合理性，使人們告別玻璃體質(zhì)，擺脫疾病的困擾，給自己給家人更好地保護(hù)。人們健身熱潮持續(xù)增加，相應(yīng)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，所以計(jì)步器的研究將會(huì)有巨大商業(yè)前景與研究?jī)r(jià)值。研究現(xiàn)狀： 早期計(jì)步器采用機(jī)械一維震動(dòng)傳感器，利用機(jī)械球的來(lái)回運(yùn)動(dòng)來(lái)控制觸點(diǎn)的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)的模擬檢測(cè)，但

3、是由于其精度不高逐漸被取代。近年來(lái)，出現(xiàn)了三軸加速度傳感器，它能夠檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)XYZ軸三個(gè)方向的加速度分量，精度高，靈敏度好，同時(shí)使產(chǎn)品更加輕便，功能更加強(qiáng)大，使得計(jì)步器的到迅猛發(fā)展，功能能越來(lái)越豐富，已經(jīng)成為國(guó)際主流。目前市場(chǎng)上最普遍的功能以跑步功能，步數(shù)計(jì)算，路程計(jì)算為主，此外還有顯示運(yùn)動(dòng)時(shí)間，修改步數(shù)大小，定位，運(yùn)動(dòng)速度，能量消耗，設(shè)置提醒，收音機(jī)，檢測(cè)溫度，空氣質(zhì)量等特色功能。整體上，計(jì)步器正朝著體積微型化，精度高，產(chǎn)品健康安全化，性價(jià)比最佳化，功能多元化等方向發(fā)展。 二、研究方案及預(yù)期結(jié)果設(shè)計(jì)目標(biāo)：希望此款多功能計(jì)步器能夠有效的檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)信息，顯示運(yùn)動(dòng)時(shí)間，且不運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)間靜止，斷

4、點(diǎn)下次繼續(xù)計(jì)算數(shù)據(jù)防丟，下次運(yùn)動(dòng)繼續(xù)累加。可以顯示行走步數(shù)和里程數(shù)，并且根據(jù)運(yùn)動(dòng)者實(shí)際情況調(diào)節(jié)每步距離，適應(yīng)于所有人群，顯示運(yùn)動(dòng)環(huán)境溫度、空氣質(zhì)量，讓運(yùn)動(dòng)者感受到運(yùn)動(dòng)環(huán)境是否適宜運(yùn)動(dòng)，做出更健康合理的安排。設(shè)置照明燈滿足一些晚間鍛煉需求。按鍵方面可以控制時(shí)間清零，步數(shù)清零，開(kāi)始，暫停，調(diào)節(jié)屏幕亮度，開(kāi)關(guān)照明等等控制，此外還可以設(shè)置每天運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，設(shè)置一定里程數(shù)，當(dāng)達(dá)到里程時(shí)，系統(tǒng) 會(huì)報(bào)警提示。傳感器選擇：計(jì)步器用來(lái)檢測(cè)步伐涉及傳感器主要有機(jī)械式振動(dòng)傳感器、壓力傳感器、及加速度傳感器。機(jī)械式不夠靈敏，不夠精確，用起來(lái)不方便；壓力式設(shè)計(jì)難度高，價(jià)格昂貴；相比之下加速度傳感器小巧輕便、功耗極低，可以通

5、過(guò)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。計(jì)步器內(nèi)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小巧輕薄、超低功耗、精度高、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)；檢測(cè)溫度方面選擇DS18B20溫度傳感器，原理與DS1820相同，它檢測(cè)到的溫度值的位數(shù)跟分辨率有關(guān)，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間從2s減少到0.75s，靈敏度更高，抗干擾能力強(qiáng)，具有體積小，價(jià)格低廉，精度高的特點(diǎn)。單片機(jī)選擇： 選擇STC89C52，它不但具有傳統(tǒng)51單片機(jī)的基本功能,低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使得功能更加強(qiáng)大。在其芯片，可直接使用串

6、口下載，8 k 字節(jié)程序存儲(chǔ)空間，位512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間，且在系統(tǒng)上可編程Flash使得程序在斷電情況下不至于數(shù)據(jù)丟失。此款單片機(jī)功能較多，學(xué)習(xí)比較容易，操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單，成功案例較多便于資料獲取，便于應(yīng)用，價(jià)格低廉，非常符合設(shè)計(jì)要求。方案設(shè)計(jì)：該計(jì)步器主要由六部分組成，電源通過(guò)更加方便可靠的電池盒供電；傳感器選用精確度高的ADXL345加速度傳感器以及常用的ds18B20溫度傳感器，運(yùn)動(dòng)者運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生加速度變化信息，并檢測(cè)到環(huán)境溫度信息，信息經(jīng)過(guò)傳感器進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)處理后傳遞給單片機(jī)芯片，芯片選擇方便、經(jīng)濟(jì)的STC89C52單片機(jī)，將傳感器輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行A/

7、D轉(zhuǎn)換后經(jīng)過(guò)算法處理，輸出給輸出模塊。輸出部分選用LCD1602顯示屏，將單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)予以顯示，要求顯示運(yùn)動(dòng)時(shí)間、所走步數(shù)、走過(guò)路程、步距大小、環(huán)境溫度、空氣質(zhì)量?？刂撇糠植捎贸Ｒ?jiàn)的按鍵模塊，設(shè)定初期按鍵有開(kāi)始鍵、復(fù)位鍵、清零健也可以調(diào)節(jié)步距大小，以及控制屏幕亮度健，和夜視照明燈控制鍵。預(yù)警部分由二極管以及蜂鳴器組成，用于顯示電路正常運(yùn)行指示以及設(shè)置里程達(dá)到設(shè)置值的報(bào)警功能。 主要特點(diǎn)為：系統(tǒng)精度高、性能強(qiáng)大、使用方便、同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性更加劃算，系統(tǒng)的整體框圖如下所示 LCD顯示 單片機(jī)STC89C52電源傳感器預(yù)警電路按鍵電路 系統(tǒng)原理方框圖 預(yù)期結(jié)果：本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的多功能計(jì)步器，具

8、有精度高，成本低，功能多，使用方便等特點(diǎn)。如果一切進(jìn)行順利的話，在最終產(chǎn)品成功后，能夠顯示運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)步數(shù)、運(yùn)動(dòng)里程、步距大小，環(huán)境溫度等功能；能夠設(shè)置每天的運(yùn)動(dòng)里程任務(wù)量，讓自己的運(yùn)動(dòng)有計(jì)劃有規(guī)律，讓運(yùn)動(dòng)更加合理化。能夠按鍵控制計(jì)步器的開(kāi)始、清零、暫停，調(diào)節(jié)屏幕亮度以應(yīng)對(duì)不同光照看不清屏幕的情況，也能節(jié)約能量，控制照明燈開(kāi)關(guān)不懼白天黑夜，隨時(shí)隨地都可鍛煉等。同時(shí)能夠檢測(cè)環(huán)境溫度、空氣質(zhì)量，讓人們能時(shí)刻知道是否適宜運(yùn)動(dòng)，更好的維護(hù)健康運(yùn)動(dòng)。此款多功能計(jì)步器，能夠更大化提高人們對(duì)運(yùn)動(dòng)的熱情，完成運(yùn)動(dòng)者對(duì)自己的督促與監(jiān)督，讓運(yùn)動(dòng)更加合理，更加方便自由，讓身體更加健康，生活更加精彩等效果。三、研究

9、進(jìn)度（1）第 14 周： 畢業(yè)實(shí)習(xí)，論文開(kāi)題報(bào)告和實(shí)習(xí)報(bào)告的整理、修改、完善與形成，初步了解課題內(nèi)容 。（2）第 4 周： 設(shè)計(jì)題目定位，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)資料以及在學(xué)校圖書(shū)館查看相關(guān)書(shū)籍，完成開(kāi)題報(bào)告。（3）第 5 周： 瀏覽有關(guān)文獻(xiàn)，收集相關(guān)的資料，理清設(shè)計(jì)思路，豐富設(shè)計(jì)內(nèi)容。（4）第 67 周 ： 認(rèn)真閱讀借閱的圖書(shū)和上網(wǎng)查找到的資料，學(xué)習(xí)有關(guān)單片機(jī)和計(jì)步器的課外知識(shí)，掌握其相關(guān)的原理，并作好筆記。（5）第 810 周： 搜集課題所需器件的資料，進(jìn)行對(duì)比分析（6）第1112周： 完成對(duì)單片機(jī)和傳感器等實(shí)驗(yàn)相關(guān)器件的選擇選擇與購(gòu)買(mǎi)。（7）第 13 周： 軟件的應(yīng)用與程序編寫(xiě)。（8）第 14

10、 周： 計(jì)步器的焊接與調(diào)試。（9）第1516周 資料整理，交給老師審閱，檢查錯(cuò)誤，進(jìn)行最終修改，準(zhǔn)備答辯。（10）第 17 周 進(jìn)行畢業(yè)答辯。四、主要參考文獻(xiàn)1 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，20132 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，20063 童詩(shī)白.華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，20064 邱關(guān)源.電路M.北京：高等教育出版社，20065譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)M.北京.高等教育出版社20126趙光宇.信號(hào)分析與處理M .北京.機(jī)械工業(yè)出版社20127王兆安.電力電子技術(shù)M .北京.機(jī)械工業(yè)出版社，20138 李朝青. 單片機(jī)原理及接

11、口技術(shù)M. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 20119王正林.MATLAB與控制系統(tǒng)仿真M .北京.電子工業(yè)出版社，201210郭天祥.十天學(xué)會(huì)單片機(jī)視頻.吉林.201111 陳義華.基于加速度傳感器的定位系統(tǒng)研究D.福建：廈門(mén)大學(xué)，2006.12 孟維國(guó)三軸加速度計(jì)ADXL345的特點(diǎn)及其應(yīng)用J電子設(shè)計(jì)工程，2007(2)：47-5013 曹赟，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).14 錢(qián)朋安，葛運(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，2004:632636.15 Jan M. Rabaey，Digital Integrated Circuits a design perspective. America .The university of California，201216Miekley Bettina,  Principal component analysis for the early detection of mastitis and lameness in dairy cows Pubmed