跑步機(jī)控制系統(tǒng)開題報告

電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告智能跑步機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)生姓名： 劉茂龍專業(yè)： 電子信息工程班級： 94020102學(xué)號：2009040201050指導(dǎo)教師： 曹陽2013年3月開題報告一、 選題的依據(jù)和意義伴隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步，人們的生活水平的提高，越來越多的的人喜歡在業(yè)余時間進(jìn)行鍛煉，跑步機(jī)使人們的業(yè)余生活得能夠更加充實并且有益身心健康，跑步機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計也作為跑步機(jī)的核心，設(shè)計應(yīng)用數(shù)電、模電、單片機(jī)及接口技術(shù)、C51的編程等知識，可謂知識面含量非常廣，但因現(xiàn)代的微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和嵌入式微控制器技術(shù)等的飛速發(fā)展，讓我們做出各種類型跑步機(jī)成為可能。目前各大城市都有很多家健身中心，不可或缺的跑步機(jī)也引領(lǐng)著時代的腳步。所以智能跑步機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計也隨著廣大用戶的需求而變得越發(fā)重要，跑步機(jī)的設(shè)計也在不斷地改進(jìn)和完善?；趩纹瑱C(jī)跑步機(jī)控制系統(tǒng)主要在于單片機(jī)的應(yīng)用。單片機(jī)又名嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontroller)，明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中，實現(xiàn)的是對象的智能化控制，這一點是巨型機(jī)和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。其目前的發(fā)展趨勢主要是CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。開發(fā)此項目可以使用戶更好的體驗跑步機(jī)的更多更實際的功能，通過這次畢業(yè)課題的設(shè)計，一方面，鞏固了我們所學(xué)的知識，檢驗理論運(yùn)用于實踐的能力，同時能夠?qū)ξ宜鶎W(xué)知識進(jìn)行一次全面的總結(jié)。另一方面，通過大量資料的查閱，使我對跑步機(jī)工作原理有了更深入的了解，有助于提高我獨立分析問題和解決問題能力，而且還提高我們綜合運(yùn)用知識的能力和改善了我們的知識結(jié)構(gòu)，為以后的工作積累了一定的經(jīng)驗。二、 選題研究的基本內(nèi)容要求基于單片機(jī)設(shè)計一個跑步機(jī)控制系統(tǒng)。該跑步機(jī)以單片機(jī)作為核心部件產(chǎn)生邏輯控制及信號，能夠顯示跑步者跑步的時間，跑步者消耗的熱量，跑步者跑步的速度跑步機(jī)坡度可調(diào)的功能。通過軟件編程，易于實現(xiàn)功能的擴(kuò)展。1、 設(shè)計跑步機(jī)能夠顯示跑步的總時間。2、 設(shè)計跑步機(jī)能夠顯示跑步者跑步的速度。3、 設(shè)計實現(xiàn)跑步機(jī)速度與坡度可以調(diào)節(jié)。4、 設(shè)計跑步機(jī)顯示跑步者累計消耗的熱量。5、 逐步完成各部分電路的設(shè)計。6、 完成軟件編程。7、 完成硬件電路的仿真及硬件調(diào)試等主要任務(wù)。三、研究方法及措施對現(xiàn)有的跑步機(jī)進(jìn)行分析、理解，剖析其組成要件及各部件的組成原理，為選取合理軟件的開發(fā)方案做準(zhǔn)備，在設(shè)計的過程中遇到了很多的困難，智能跑步機(jī)的設(shè)計，要求達(dá)到四個技術(shù)指標(biāo)，跑步機(jī)開始工作時，能夠顯示跑步的時間，顯示跑步的速度，顯示跑步過程中消耗的總熱量，跑步機(jī)的坡度可調(diào)。設(shè)計通過單片機(jī)實現(xiàn)程序的編輯與脈沖信號的輸出。時間顯示部分利用定時器計時實現(xiàn)。跑步速度通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速由單片機(jī)編程輸出方波信號并利用繼電器控制直流電機(jī)的通斷來實現(xiàn)調(diào)速電機(jī)通電時間，進(jìn)而控制調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速。熱量計算部分通過時間、速度、相應(yīng)速度所對應(yīng)的能量消耗指數(shù)來計算并通過液晶顯示器顯示。顯示部分，設(shè)計同時顯示跑步時間，跑步速度還有跑步時消耗的總熱量。設(shè)計速度可調(diào)節(jié)快慢，本設(shè)計中速度通過按鍵調(diào)節(jié)，每按一次加速或減速鍵，速度會有相應(yīng)的提升或減慢。在液晶顯示器中顯示出時間信號，速度信號還有消耗熱量信號。另一個調(diào)坡度電機(jī)控制跑步機(jī)的坡度，調(diào)坡度電機(jī)選為步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)調(diào)坡度電機(jī)通電時機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動，斷電時電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，利用螺旋桿連接跑步機(jī)，通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制跑步機(jī)坡度的大小，既達(dá)到設(shè)計要求。1、 電機(jī)的選擇與控制本設(shè)計中有兩個部分需要用到電機(jī)，一部分是跑步機(jī)的跑動帶滾動部分，另一部分是跑步機(jī)坡度調(diào)節(jié)部分，需要用到兩個不同的電機(jī)，本設(shè)計中均選擇步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計，步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動器信號輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的角度和速度控制。2、 速度調(diào)節(jié)的設(shè)計首先在速度調(diào)節(jié)部分，速度的控制主要是根據(jù)單片機(jī)內(nèi)部編程來實現(xiàn)速度的變化，本設(shè)計可實現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化，進(jìn)而使跑步機(jī)開始運(yùn)作后的跑步帶速度可以調(diào)節(jié)，即跑步者可以感受不同強(qiáng)度的跑步訓(xùn)練。設(shè)計的過程中電機(jī)速度與跑步帶的速度純在線性關(guān)系，因此可實現(xiàn)跑步帶速度通過電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，本設(shè)計采用按鈕調(diào)節(jié)，即加速與減速按鈕，可調(diào)節(jié)跑步帶速度的快慢，即滿足了跑步機(jī)跑步速度可調(diào)的設(shè)計要求。3、 速度顯示部分的設(shè)計速度控制的設(shè)計還需要顯示在顯示屏上。這樣方便于跑步者知道自己的跑步狀態(tài)，以便在以后的跑步鍛煉中確定適合自己的跑步速度。所以跑步機(jī)控制系統(tǒng)的顯示部分也顯得尤為重要，因此必須要用到液晶顯示器，顯示器通過單片機(jī)內(nèi)部程序控制直接顯示出跑步機(jī)運(yùn)作時的實時數(shù)據(jù)。4、 跑步時間的顯示

設(shè)計顯示跑步者開始跑步后的跑步時間，即應(yīng)用計時器功能累計計時，當(dāng)跑步機(jī)停止工作時計時停止，總體由單片機(jī)內(nèi)部程序編寫控制，本模塊比較容易實現(xiàn)。圖1跑步機(jī)速度調(diào)節(jié)與顯示模塊5、 熱量計算并顯示熱量根據(jù)跑步的速度與跑步的時間累計計算得到，不同的跑步速度會對應(yīng)不同的單位時間熱量消耗值，本設(shè)計在設(shè)計時將不同速度段對應(yīng)的熱量消耗輸入到單片機(jī)內(nèi)部程序中，并在跑步機(jī)開始工作后會計算出跑步者實時累計消耗的熱量，即達(dá)到了顯示熱量消耗的功能。熱量值為速度與時間還有固定k值的乘積。6、 坡度的調(diào)節(jié)坡度調(diào)節(jié)也作為比較重要的一部分在設(shè)計要求之內(nèi)，坡度的調(diào)節(jié)可以模擬不同的路況，更加貼近實際跑步的環(huán)境這樣的設(shè)計更加符合實際的跑步環(huán)境。設(shè)計坡度調(diào)節(jié)需要應(yīng)用到另一個電機(jī)，通過控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時間長短，主要不是靠電機(jī)將人升上去，而是靠電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，帶動螺紋桿的進(jìn)出達(dá)到跑步機(jī)升降的作用。因此僅需控制坡度調(diào)節(jié)的電機(jī)開關(guān)通斷即可控制跑步機(jī)的坡度，即達(dá)到了設(shè)計要求。下圖為坡度調(diào)圖2跑步機(jī)坡度調(diào)節(jié)模塊

采用結(jié)構(gòu)化方法編程。采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法和C51高級編程語言，并給出了相圖4速度調(diào)節(jié)子程序流程圖7、 利用現(xiàn)有設(shè)備仿真的方法本設(shè)計用到實驗室現(xiàn)有的試驗設(shè)備以及電腦所安裝的軟件進(jìn)行仿真，仿真是電路設(shè)計過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)，在本課題設(shè)計中原理設(shè)計是完全正確的電路，但是拿到仿真中也未必能夠正常的工作，可能會純在一些仿真的問題，所以只有在仿真是才能真正的找到問題所在，并加以改正。在虛擬測試系統(tǒng)的仿真過程中，會發(fā)現(xiàn)并解決很多的問題，其中班闊設(shè)計上的問題以及軟件程序設(shè)計等所造成的問題。經(jīng)過認(rèn)真的檢查，仔細(xì)的修改最終達(dá)到可實現(xiàn)仿真的效果。即設(shè)計合乎課題要求。8、 現(xiàn)有基礎(chǔ)和具備的條件通過在校四年的學(xué)習(xí)，本人較好地掌握了必須的專業(yè)基礎(chǔ)知識，基本理論與基本技能，具備了研究新課題的初步基礎(chǔ)，四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生涯在專業(yè)基礎(chǔ)老師的幫助和指導(dǎo)下，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了模擬/數(shù)字電子，測控電路，電力電子技術(shù)，測控儀器設(shè)計，常用電子儀器原理，數(shù)字信號處理,Matlab/Proteus仿真，Protel/Visio制圖，自動控制原理，單片機(jī)和等理論課程，在學(xué)習(xí)了上述課程的基礎(chǔ)上，我對該課題能夠更加深入的了解其中設(shè)計到的知識點，并結(jié)合自己所學(xué)的知識做出相應(yīng)的設(shè)計方案，另外還有經(jīng)驗豐富、知識精湛的畢業(yè)指導(dǎo)老師，豐富的電子資料（中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫等）可以供自己查閱質(zhì)料，有測控技術(shù)專業(yè)實驗室和計算機(jī)機(jī)房可以使用以便進(jìn)行設(shè)計的仿真，以及比較好的硬件條件。這樣就使得我的設(shè)計在技術(shù)和硬件上上得到了支持，相信自己能夠把該課題做好。9、 最后將測試后程序燒進(jìn)芯片并對整個開發(fā)過程中所用到的全部資料進(jìn)行整理，形成完整的畢業(yè)論文。準(zhǔn)備追后的答辯。四、畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度及步驟序號起止日期計劃完成內(nèi)容1第1周查閱課題相關(guān)論文文獻(xiàn)，閱讀相關(guān)的資料，了解背景。2第2周閱讀相關(guān)英文文獻(xiàn)，完成其中的5000字的翻譯。3第3周撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報告，完成開題答辯。4第4周熟悉單片機(jī)的控制系統(tǒng)。5第5周熟悉編程proteus軟件。6第6周編寫控制程序，上機(jī)調(diào)試。7第7周調(diào)試修改控制程序。8第8周準(zhǔn)備完成中期檢查。9第9周熟悉程序。10第10—11周調(diào)試完成，開始撰寫畢業(yè)論文。11第12—13周按相關(guān)要求完成畢業(yè)論文初稿，交導(dǎo)師審閱。12第14—16周修改畢業(yè)論文，并最終定稿打印，準(zhǔn)備答辯。五、參考文獻(xiàn)李玉梅.基于MCS-51系列單片機(jī)原理的應(yīng)用設(shè)計.北京：國