智能跑步機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能跑步機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要近幾年，隨著人們的生活水平的提高和健康意識(shí)的不斷提高，電子跑步機(jī)上的運(yùn)動(dòng)設(shè)備被越來(lái)越多地使用。因此，用直流無(wú)刷電機(jī)取代常規(guī)直流電機(jī)是一項(xiàng)非常有意義的技術(shù)。本設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)芯片，51單片機(jī)是很廣泛的8位單片機(jī)，該系統(tǒng)由AT89C51、晶振電路、復(fù)位電路、報(bào)警模塊、按鍵模塊、LMO16L液晶模塊、電機(jī)等部分組成。通過(guò)5個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，加速，減速，暫停繼續(xù)，結(jié)束的功能。調(diào)節(jié)按鍵模塊，LMO16L液晶模塊顯示仿真結(jié)果：速度、時(shí)間和距離；超過(guò)規(guī)定速度，報(bào)警模塊中的蜂鳴器報(bào)警，指示燈變亮。設(shè)置報(bào)警模塊是為了提醒人們的運(yùn)動(dòng)安全問(wèn)題，起到保護(hù)作用。通過(guò)仿真測(cè)試實(shí)現(xiàn)了跑步機(jī)速度、時(shí)間的檢測(cè)以及距離的檢測(cè)。關(guān)鍵詞：跑步機(jī)；51單片機(jī)；電機(jī)IntelligenttreadmillsystemdesignabstractInrecentyears,withtheimprovementofpeople'slivingstandardandthecontinuousimprovementofhealthawareness,theelectronictreadmillsportsequipmenthasbeenusedmoreandmore.Therefore,replacingconventionalDCmotorwithbrushlessDCmotorisaverymeaningfultechnology.Thisdesignuses51microcontrollerchip,51microcontrollerisaverywiderangeof8-bitmicrocontroller,thesystemiscomposedofAT89C51,crystaloscillatorcircuit,resetcircuit,alarmmodule,buttonmodule,LMO16Lliquidcrystalmodule,motorandotherparts.Through5buttonstoachievethestart,acceleration,deceleration,pausecontinue,endofthefunction.Adjustthebuttonmodule,LMO16LLCDmoduledisplaysimulationresults:speed,timeanddistance;Exceedthespecifiedspeed,alarmmoduleinthebuzzeralarm,theindicatorlightbrightened.Thealarmmoduleissettoremindpeopleofthesafetyofsportsandplayaprotectiverole.Thespeed,timeanddistanceofthetreadmillaremeasuredbysimulationtest.Keywords:treadmill;51singlechipmicrocomputer;motor前言課題研究的背景及意義在全球范圍內(nèi)，由于社會(huì)的不斷進(jìn)步，國(guó)民越來(lái)越重視自身的身心健康，有規(guī)律、有規(guī)律地進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)，對(duì)于保持人體的良好狀態(tài)具有重要的意義。在中國(guó)，由于城市的快速增長(zhǎng)，人們?cè)谑彝膺M(jìn)行各種活動(dòng)，給人們的生活造成了很大的困難。體育器材的種類主要包括兩種，一種是有氧的，一種是無(wú)氧的。而有氧鍛煉則主要是通過(guò)跑步、騎自行車、舞蹈等進(jìn)行身體機(jī)能的鍛煉來(lái)達(dá)到改善心臟、肺等器官機(jī)能的目的，但是強(qiáng)度較小，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。無(wú)氧鍛煉是以鍛煉肌肉、骨骼和韌帶為目的的高強(qiáng)度、短時(shí)間的鍛煉方式，如跳高、舉重和俯臥撐等。跑步機(jī)在體育器材領(lǐng)域有著廣泛的用途，無(wú)論是在家庭還是在體育館，都是使用頻率最高的一種器材，近年來(lái)隨著中國(guó)國(guó)民的物質(zhì)生活水平不斷提高，跑步機(jī)的銷售量也在逐年上升，甚至有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，在將來(lái)，跑步機(jī)必然會(huì)成為一種比較高檔的跑步機(jī)，而在這個(gè)領(lǐng)域，以跑步機(jī)為代表的智能化跑步機(jī)，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。長(zhǎng)跑是目前全球最流行的一項(xiàng)健康鍛煉，無(wú)論是在醫(yī)藥還是在體育界，都受到高度重視并被極力推崇，被認(rèn)為是最為科學(xué)、最為高效的鍛煉方式。因此，電動(dòng)跑步機(jī)這種健身器材一經(jīng)推出，就受到了廣大消費(fèi)者的青睞。該系統(tǒng)不僅可以解決人們對(duì)運(yùn)動(dòng)的要求，而且可以為運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)提供極大的便利。另外，從科學(xué)角度來(lái)說(shuō)，在跑步機(jī)上的奔跑和奔跑，其動(dòng)作形式與在地面上的動(dòng)作大致一致，但從真正的發(fā)力來(lái)說(shuō)，在跑步機(jī)上的動(dòng)作要小于在地面上的動(dòng)作，因此，在跑步機(jī)上的動(dòng)作要舒適得多。跑步機(jī)行業(yè)作為國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品行業(yè)的一項(xiàng)主要業(yè)務(wù)，其發(fā)展速度很快。21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)跑步器行業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并取得了較好的外貿(mào)成績(jī)。由于與國(guó)外的差距，我們的跑步機(jī)設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還處于模仿吸收階段，所以我們的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力相對(duì)較弱。因此，研發(fā)出具有自己獨(dú)立的商標(biāo)，成為跑步機(jī)上亟待解決的問(wèn)題。而在我國(guó)，無(wú)論是在歐美還是在其他一些先進(jìn)的國(guó)家，跑步機(jī)受歡迎的人數(shù)以及人均使用的人數(shù)都處于較少的狀態(tài)。因此，我國(guó)對(duì)跑步機(jī)的開(kāi)發(fā)仍有較大的潛力，開(kāi)發(fā)出具有良好運(yùn)動(dòng)功能的跑步機(jī)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀這種從1980年開(kāi)始就存在的跑步機(jī)早在80年代就出現(xiàn)了，現(xiàn)在是第4代，從一開(kāi)始的圓柱形跑步機(jī)早就被廢棄了。第二種是在兩個(gè)圓柱體中間添加了一條膠質(zhì)的跑鞋和一塊木板，它的基本動(dòng)作方式為人主動(dòng)地用力滑動(dòng)，以達(dá)到奔跑或者行走的目的。第三款跑步機(jī)是在第二款跑步機(jī)的基礎(chǔ)上，加入了電機(jī)，并加入了驅(qū)動(dòng)程序、升降程序和計(jì)算機(jī)控制程序，使之可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)速度，坡度，距離等多種功能。第四款賽車是在第三款賽車的之上，增加了更多的特點(diǎn)，如減震，休閑，以及創(chuàng)造自然環(huán)境。讓跑步器超越了常規(guī)的室外運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)跑步器是一種以匯編語(yǔ)言為核心，以計(jì)算機(jī)為控制核心，以計(jì)算機(jī)為核心的一種新型的機(jī)械設(shè)備，是我國(guó)目前正在積極開(kāi)發(fā)的一種產(chǎn)業(yè)。它的發(fā)展帶動(dòng)了鋼管、電子、電機(jī)等一大類行業(yè)的發(fā)展，讓人類擺脫了對(duì)周圍環(huán)境和天氣的束縛，將體育和健康納入到了各種休閑和娛樂(lè)的過(guò)程中，進(jìn)而提高了民族的身體素質(zhì)。無(wú)公害，無(wú)公害，無(wú)公害，可承接鋼材、塑膠零件、電子器件組裝等，是一種環(huán)保產(chǎn)業(yè)。在第二十四屆“中國(guó)運(yùn)動(dòng)用品展覽會(huì)”上，“在線”的健身設(shè)備和相關(guān)的商品成為了本屆展覽會(huì)的重頭戲。博會(huì)上發(fā)布的網(wǎng)上健身用品，是由我中心自行研發(fā)的一款數(shù)字體育商品，將常規(guī)的運(yùn)動(dòng)器械和電腦互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地融合在一起，利用因特網(wǎng)，使世界上所有的人都能在網(wǎng)上進(jìn)行交流，使本來(lái)單調(diào)乏味的運(yùn)動(dòng)變得有趣起來(lái)。美國(guó)力健是賓士域公司的下屬公司，主要從事商用和家用運(yùn)動(dòng)設(shè)備的全球研發(fā)和制造。力健的“Elevation”新一代的“Elevation”跑步機(jī)，將給會(huì)員帶來(lái)最大的身心享受。泰諾健開(kāi)發(fā)了一套Visio的新一代的Visio，它擁有USB接口、WIFI接口、內(nèi)建的TV、廣播、游戲、健康指導(dǎo)、Nike+IPOD等多種功能。其中最有創(chuàng)意的數(shù)字化科技就是“韋爾斯基牌”，這是一個(gè)基于健身器材的智能數(shù)字化體育管理體系。每個(gè)器械都有一條鏈路，鏈路為：首先，運(yùn)動(dòng)員和教練說(shuō)一下自己的運(yùn)動(dòng)要求，教練會(huì)針對(duì)運(yùn)動(dòng)員的身體特點(diǎn)，把平時(shí)的運(yùn)動(dòng)內(nèi)容錄入到使用者的Wellness體系，再把鏈路鏈接到“泰諾健”，再通過(guò)鏈路完成運(yùn)動(dòng)。每個(gè)健康中心和體育館都設(shè)有一個(gè)名為“WellnessExpert”的交互式展示臺(tái)，供使用者了解他們的訓(xùn)練方案，例如有關(guān)他們的教練和會(huì)員的資料。本課題主要研究?jī)?nèi)容該電機(jī)以電能為動(dòng)力源，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。要想在跑步區(qū)停留，就必須以與跑步區(qū)相同的速率，并以反向的方式移動(dòng)，以取得同樣的結(jié)果。一般情況下，電動(dòng)跑步機(jī)上的三大部件分別是：一是人機(jī)交互部件（其功能是對(duì)使用者的命令進(jìn)行顯示，并提供跑步機(jī)上的時(shí)間、速度和消耗的相關(guān)資訊），一是速度調(diào)整部件（根據(jù)使用者的速度設(shè)定，對(duì)跑步機(jī)上的速度進(jìn)行調(diào)整，從而可以對(duì)跑步機(jī)上的速度進(jìn)行調(diào)整），還有一個(gè)生理信號(hào)（比如心跳）。其中，調(diào)節(jié)器作為該裝置的核心部分，其工作特性對(duì)該裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要的影響。本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為中心，AT89C51單片機(jī)盡管是一個(gè)8位的微小處理器，但它是以傳統(tǒng)的51內(nèi)核為基礎(chǔ)的，但它卻憑借其優(yōu)異的控制性能，在控制技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用了三十多年，而且歷久彌新。在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，使用了51單片機(jī)的芯片，51單片機(jī)是一種被使用非常普遍的8位單片機(jī)，因?yàn)?1單片機(jī)的典型的結(jié)構(gòu)以及完美的總線專用寄存器的集中管理，所以它的命令系統(tǒng)非常的豐富，而且還擁有很多的邏輯位的操作功能，可以滿足各種應(yīng)用的需求。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)跑步機(jī)結(jié)構(gòu)本發(fā)明涉及一種新型的電動(dòng)式跑步機(jī)，它由框架、升降機(jī)構(gòu)、速度控制機(jī)構(gòu)、下控制機(jī)構(gòu)、滾輪、跑帶、扶手和上位控制機(jī)構(gòu)等組成。作為整體的骨架，支撐著整體的力學(xué)穩(wěn)定，支撐著其他部件。提升式電機(jī)用于調(diào)節(jié)跑道斜坡，能按需調(diào)節(jié)斜坡角度，模擬登山、爬坡等多種運(yùn)動(dòng)條件，能適應(yīng)用戶不同的運(yùn)動(dòng)需求。電機(jī)與控制器作為跑步機(jī)上的重要組成部分，其優(yōu)劣將對(duì)跑步機(jī)上的總體工作效果產(chǎn)生重要的作用。馬達(dá)通過(guò)一個(gè)減速器使?jié)L輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使?jié)L輪上的皮帶運(yùn)動(dòng)。跑步運(yùn)動(dòng)員以大約相同的速率和反向運(yùn)動(dòng)的方式在跑道上進(jìn)行鍛煉。其中，由上位計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)接收從上位計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制指令，并根據(jù)該指令對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)對(duì)上位計(jì)算機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。這條欄桿的最大作用就是給那些剛開(kāi)始不適應(yīng)奔跑的人一個(gè)肢體上的支撐，讓他們能夠更好地奔跑。所選擇的跑鞋必須有雙層粘合，高導(dǎo)電率，并符合國(guó)際防滑性標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到在奔跑中的安全性和可靠性。多楔形傳送機(jī)尤其適合于結(jié)構(gòu)緊湊，傳送功率大的高速傳送機(jī)。多楔帶的特征是與帶輪的接觸面比較大，所以它具有很大的摩擦系數(shù)，并且負(fù)載在帶寬上的分配比較平均，所以它的傳動(dòng)性能比較強(qiáng)。此外，多楔帶的工作壓力很小，能夠在比較小的帶輪上工作，它還具有散熱快、傳動(dòng)振動(dòng)小、使用伸長(zhǎng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、極限線速度高、傳動(dòng)比大等優(yōu)點(diǎn)，所以它的使用使用年限也比較長(zhǎng)。具有較高的傳輸效率和顯著的節(jié)電作用；齒輪緊密，占用較少的空間。另外，在后部有多個(gè)楔形皮帶可以傳送，并可以采用自動(dòng)拉力調(diào)整裝置，使得傳送更為安全可靠。跑步器的主要作用就是利用跑步器的移動(dòng)來(lái)構(gòu)成一條賽道，使人在賽道上奔跑的時(shí)候，與賽道的移動(dòng)的角度剛好是反向的，這樣就可以使人和地板的相對(duì)位置保持不改變。為跑步機(jī)上添加某些零件，使之具有更多的功能，使跑步機(jī)上具有更多的功能性。另外，有些跑步機(jī)還配有加慢及距離感測(cè)設(shè)備，讓您不用靠著欄桿也能操控您的奔跑，并且可以即時(shí)監(jiān)控您的心跳。該上位機(jī)的主控面板，由一個(gè)顯示屏和一個(gè)控制按鈕組成，可以顯示出目前的速度，時(shí)間，距離，心跳，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等。其特點(diǎn)是：可調(diào)轉(zhuǎn)速，可設(shè)定運(yùn)行方式，可設(shè)定急停。改變了跑步的方式，如慢跑；緊急停止按鈕是一個(gè)緊急剎車，當(dāng)跑步的人感覺(jué)不對(duì)勁的時(shí)候，它會(huì)快速的降低速度，直至停止。INCLUDEPICTURE\d"C:\\Users\\DELL\\Documents\\TencentFiles\\1421057651\\Image\\C2C\\4CE%{8I9{((QT}9OSK88GLQ.png"\*MERGEFORMATINET圖2.1電動(dòng)跑步機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)本文以51單片機(jī)為核心，以AT89C51為核心，以晶振電路，復(fù)位電路，報(bào)警模塊，按鍵模塊，LMMO16L液晶顯示模塊，馬達(dá)等為主要部件，開(kāi)發(fā)了一套以51為核心的全自動(dòng)跑步機(jī)控制系統(tǒng)。它主要完成了對(duì)跑步機(jī)上的測(cè)速，定時(shí)，測(cè)距離，還有超速警告等幾個(gè)方面。該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖具體見(jiàn)圖2.2所示。電源電路電源電路電機(jī)模塊51單片機(jī)晶振電路按鍵模塊液晶顯示復(fù)位電路報(bào)警模塊圖2.2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)選擇在此基礎(chǔ)上，以工業(yè)測(cè)控對(duì)象、環(huán)境、接口特點(diǎn)為基礎(chǔ)，朝著增強(qiáng)控制功能，提升在工業(yè)環(huán)境下的可靠性的方向發(fā)展。其主要特征是：品種齊全，機(jī)型齊全；改善了產(chǎn)品的質(zhì)量，增大了產(chǎn)品的體積，獲得了較高的性價(jià)比；添加了控制器，并朝著“單片”的方向發(fā)展。本文選用了一款具有4K字節(jié)的可編程序刪除ROM、低壓、高性能的8比特CMOS芯片?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）具有以下特征：高可靠、高抗干擾性。適應(yīng)性很好，在除邏輯分析的基礎(chǔ)上，大部分的PLC都具備了很好的數(shù)據(jù)操作的能力，可以應(yīng)用在多種數(shù)字控制的應(yīng)用中，這使得PLC可以被應(yīng)用到位置控制、溫度控制、CNC等多種工業(yè)控制中；PLC是一種簡(jiǎn)單、易于使用的工控電腦，它是一種適用于工礦企業(yè)的工控裝置；該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、能量消耗少等優(yōu)點(diǎn)，是一種很好的機(jī)械和電氣的控制裝置。對(duì)單片機(jī)的選用，既要注意技術(shù)指標(biāo)，又要注意性價(jià)比，不能一味地追逐速度快、比特率高。由于本文所述的是在時(shí)間域中對(duì)低頻率的加速信息進(jìn)行分析，所以選用AT89C51為最佳。顯示模塊選擇方法一：利用LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，LED數(shù)碼管的成本很低，當(dāng)不需要展示過(guò)多的數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)數(shù)碼管的應(yīng)用肯定會(huì)增加，在連接上會(huì)非常的困難，在程序上也會(huì)相對(duì)的變得更加的復(fù)雜。利用LEDDigital進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，其成本相對(duì)低廉，當(dāng)不能展示更多的數(shù)字時(shí)，Digitalizital的用量肯定會(huì)增加，在連線上也會(huì)很費(fèi)事。方法二：使用點(diǎn)陣式的數(shù)碼管，這個(gè)點(diǎn)陣式的數(shù)碼管是八排八排的LED，這樣的LED在許多情況下都能見(jiàn)到，不過(guò)它并不適合于用來(lái)表示時(shí)間，因?yàn)檫@樣的LED屏幕在文字方面占據(jù)了絕對(duì)的上風(fēng)，而在數(shù)據(jù)方面卻占據(jù)了絕對(duì)的上風(fēng)，這樣的LED屏幕給人的感覺(jué)就像是一種巨大的資源被浪費(fèi)了一樣。把這個(gè)辦法綜合起來(lái)加以否決。方法三：使用LEDLCD屏幕，LCD屏幕具有較強(qiáng)的顯示能力，可以同時(shí)顯示多種文本、圖片，并且具有很好的通透性。與數(shù)字管顯示進(jìn)行比較，無(wú)論是在直觀程度上，還是在亮度、清晰度上，它都具有更多的優(yōu)點(diǎn)。而且，目前，LCD已經(jīng)變成了一種潮流，得到了人民群眾的廣泛認(rèn)可，這也是一種滿足人民群眾審美需求的方式。他對(duì)LCD的理解不是很深，但可以根據(jù)自己的理解，將自己的硬件連接起來(lái)。LMO16L的液晶模塊使用了HD44780控制器，hd44780擁有一個(gè)非常簡(jiǎn)單，但卻有著非常強(qiáng)大的命令集，它可以完成字母的運(yùn)動(dòng)，閃爍等多種操作，LM016L與單片機(jī)MCU的通信可以采取8位或4位并行傳送兩種方法。由于LED數(shù)字管制器的程序比較繁瑣，而且其工作效率較低，因此沒(méi)有使用數(shù)字管制器來(lái)進(jìn)行顯示。在顯示屏上使用了LMO16LLCD。電機(jī)模塊選擇方案一：利用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)閉，并利用開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。該方法的優(yōu)勢(shì)在于，其線路比較簡(jiǎn)單，易于實(shí)施；但其不足之處在于其響應(yīng)速度慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)容易損壞，使用壽命短。方案二：選用電動(dòng)機(jī)的L298N單片機(jī)。L298N是一款適用于高壓大電流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。此晶片以15引腳的方式包裝。其特征為：操作電壓很高，可達(dá)到46伏；具有很強(qiáng)的輸出能力，最大的瞬時(shí)最高可達(dá)到3安培，2安培的恒溫運(yùn)行，25瓦特的額定功率。采用雙H橋型高壓、大流量的全橋型結(jié)構(gòu)，適用于對(duì)步進(jìn)電機(jī)及繼電器線圈等各種感應(yīng)負(fù)荷的驅(qū)動(dòng)；使用了標(biāo)準(zhǔn)的邏輯級(jí)的信號(hào)進(jìn)行控制；一種用于在不受到任何輸入訊號(hào)的干擾下操作的一種邏輯功率輸入，用以維持一種內(nèi)部的一種邏輯電路部以低壓操作；還可以在外部加裝一個(gè)探測(cè)電阻器，并將其變化值回饋到控制回路中。采用L298N單片機(jī)作為控制單元，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和四個(gè)四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制，以及對(duì)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的控制。采用本發(fā)明的單片機(jī)做電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)裝置，具有運(yùn)行簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、工作效率高等特點(diǎn)?；谏鲜隼碚摲治龊蛯?shí)際情況，擬定選用方案二L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。INCLUDEPICTURE\d"C:\\Users\\86132\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\1351147125\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\@C951CKZ7U2UJNF0(`WOJ5H.png"\*MERGEFORMATINET圖2.3L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片鍵盤選擇在MCU的使用中，通常要建立一個(gè)小鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)MCU的操作，以便對(duì)MCU的運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，并將一些信息和控制指令輸入到MCU中。常見(jiàn)的兩種類型：獨(dú)立型和列型。所謂的“分離型”就是指所有的按鈕都是彼此之間互相分離的，每一個(gè)按鈕都連接著一條輸入線，這樣就可以很輕松地確定到底是哪一個(gè)按鈕被按下了。當(dāng)鍵個(gè)數(shù)比較多時(shí)，單片鍵盤的線路要求輸入口線比較多，線路連接比較繁復(fù)，所以適合于只有幾個(gè)鍵，或者有很高的運(yùn)算速率。在按鍵數(shù)量眾多的情況下，采用了行線與列線相結(jié)合的方式，將按鍵放置在行與列的交叉處。根據(jù)設(shè)計(jì)需求本方案選擇的是獨(dú)立式按鍵。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)MCU是將一個(gè)整體的電腦系統(tǒng)整合到一個(gè)晶片上。雖然它的大多數(shù)功能都集中在一小片上，但卻擁有一臺(tái)完全電腦所需的大多數(shù)組件：CPU內(nèi)存，內(nèi)外總線，現(xiàn)在大多數(shù)都會(huì)有外存?？烧贤ㄓ嵔涌冢〞r(shí)器，即時(shí)鐘表等外部裝置。MCU的可擦RAM可重復(fù)擦寫1000次。本裝置使用ATMEL高精度非揮發(fā)性存儲(chǔ)工藝制作而成，并符合業(yè)界的MCS-51指令系統(tǒng)及輸出引線要求。AT89C051是ATMEL公司開(kāi)發(fā)的一款高性能的8-bitCPU與快閃內(nèi)存結(jié)合在一起的一款單片機(jī)。AT89C51為許多嵌入式控制器的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了方便快捷、成本低廉的解決辦法。產(chǎn)品的外觀和插針布置見(jiàn)圖3.1。INCLUDEPICTURE\d"C:\\Users\\DELL\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\1421057651\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\8B1{~S6WYJ{]S@]O3Q1C3T4.png"\*MERGEFORMATINET圖3.151單片機(jī)晶振電路晶振線路的首要作用是給MCU供應(yīng)一個(gè)鐘點(diǎn)，而這個(gè)鐘點(diǎn)又是MCU工作的一個(gè)參考，在確保了MCU工作的前提下，再進(jìn)一步開(kāi)展相應(yīng)的工作，MCU的鐘點(diǎn)線路的穩(wěn)定、可靠與否，對(duì)MCU的整體工作狀態(tài)有著至關(guān)重要的影響。INCLUDEPICTURE\d"C:\\Users\\DELL\\Documents\\TencentFiles\\1421057651\\Image\\Group2\\5`\\E~\\5`E~Z%HVZ`M8543NW296(QB.png"\*MERGEFORMATINET圖3.2系統(tǒng)晶振電路復(fù)位電路復(fù)位電路是用于將電路還原到初始條件的一種電路裝置，其工作機(jī)理與計(jì)算機(jī)相似，但其啟動(dòng)的機(jī)理和方法不同。重置回路，就是用來(lái)使線路回到原來(lái)的位置。類似于一個(gè)“歸零”鍵在計(jì)算器上的功能，這樣就可以返回初始值，然后再開(kāi)始計(jì)算。與計(jì)算器重置鍵不同，重置電路的起動(dòng)方式也不同。一是對(duì)回路加載后立即執(zhí)行“重置”動(dòng)作；二是在需要的情況下，采用人工方式進(jìn)行作業(yè)；三是按照程序的要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)線路的控制。復(fù)位電路相對(duì)來(lái)說(shuō)很容易實(shí)現(xiàn)，一般是通過(guò)一個(gè)電阻和一個(gè)電容的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果更難一些，則需要一個(gè)三極管等輔助過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了保證CPU和系統(tǒng)中的各個(gè)部分都能進(jìn)入預(yù)定的初態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)從該初態(tài)下正常運(yùn)行。通過(guò)RST管腳將89系列微控制器的重置訊號(hào)輸入至施密特觸發(fā)器。在系統(tǒng)工作在正常的情況下，并且在振動(dòng)的穩(wěn)定之后，在RST的引腳上有一個(gè)高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振動(dòng)周期）以上，那么CPU就能夠響應(yīng)并將系統(tǒng)重新設(shè)置。在微處理器中，重置有兩種方法：人工重置和上電重置。圖3.3系統(tǒng)復(fù)位電路報(bào)警模塊因?yàn)榉澍Q器的工作電流通常很大，因此，在單片機(jī)的I/O口不能被其直接驅(qū)動(dòng)，因此需要通過(guò)放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，通常采用三極管來(lái)對(duì)電流進(jìn)行放大，而且還加上了一個(gè)100歐的電阻來(lái)用作限流電阻。圖3.4報(bào)警模塊電路原理圖按鍵模塊在計(jì)算機(jī)中，作為人機(jī)交互的重要工具，其功能是將數(shù)據(jù)和指令輸入到計(jì)算機(jī)中。此款按鈕為獨(dú)立按鈕，5個(gè)按鈕分別完成了開(kāi)始、加快、放慢、停止、持續(xù)、終止等操作。下面的附圖3.4中顯示了獨(dú)立按鈕的電路。由圖表可知，在跑步器的設(shè)計(jì)中，各有五個(gè)單獨(dú)的按鈕。圖3.5按鍵電路圖步進(jìn)電機(jī)模塊從左至右分別是IN1,IN2,IN3,IN4，兩個(gè)在左側(cè)，代表著左側(cè)的輸出，兩個(gè)在右側(cè)，代表著右側(cè)的輸出，連接著MCU的IO端口，當(dāng)IN1被設(shè)定為高電平，IN2被設(shè)定為低電平，那么電動(dòng)機(jī)就會(huì)向前旋轉(zhuǎn)，相反，當(dāng)IN1被設(shè)定為低電平，IN2被設(shè)定為高電平時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)反向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)同樣的道理，如果IN3是高電平且IN4是低電平，則右側(cè)馬達(dá)向前轉(zhuǎn)動(dòng)，相反，如果IN3是低且IN4是高則反向轉(zhuǎn)動(dòng)。可以用單片機(jī)的編碼來(lái)設(shè)定IN為高低，如果要試驗(yàn)電動(dòng)機(jī)有沒(méi)有故障，可以把3.3v的供電與GND進(jìn)行短接，電動(dòng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)馬達(dá)的傳動(dòng)：在主板上，ENA和ENB處于高水平，此水平為TTL水平。ENA作為A1、A2的啟動(dòng)末端，ENB作為B1、IB2的啟動(dòng)末端。BJ與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的公用終端相連。此模塊在應(yīng)用中，需要與單片機(jī)共地（可采用5V輸出電壓做為單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源），其目標(biāo)是使得控制時(shí)所用的邏輯電平均是以相同地為基準(zhǔn)。圖3.6步進(jìn)電機(jī)模塊電路圖液晶顯示模塊LM016L液晶模塊使用了HD44780控制器，hd44780擁有一個(gè)非常簡(jiǎn)潔但又有著非常強(qiáng)大的命令集，它可以在任何情況下都能夠完成字母的運(yùn)動(dòng)，閃爍等多種操作，LM016L與單片機(jī)MCU的通信可以采取8位平行傳送兩種方法，hd44780控制器包括兩個(gè)8位寄存器，命令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR)，顯示數(shù)RAM(DDRAM)，字母產(chǎn)生器ROMA(CGOROM)，字母產(chǎn)生器RAM(CGRAM)，地址計(jì)數(shù)器RAM(AC）。圖3.7液晶顯示模塊系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)Linux是一組可供用戶隨意選擇的、可隨意分發(fā)的、支持多線程及多CPU的、多任務(wù)的、多用戶的、多任務(wù)的、多線程的、多CPU的Linux?？梢允褂肬NIX中的主流軟件，應(yīng)用程序，以及各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)定。該系統(tǒng)可同時(shí)提供32、64位的硬件。Linux是一種基于Unix的以“以網(wǎng)為本”的多使用者網(wǎng)路作業(yè)系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。該處理器大部分應(yīng)用在以英特爾x86處理器為核心的電腦上。該體系已經(jīng)被全球數(shù)以千計(jì)的編程人員所開(kāi)發(fā)并實(shí)施。它的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)符合Unix標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，它不會(huì)受到商業(yè)軟體的版權(quán)的限制，并且可以在全球范圍內(nèi)免費(fèi)利用。Linux以其高效、靈活而聞名，Linux的模塊化的設(shè)計(jì)架構(gòu)，不僅可以在昂貴的工作站上，也可以在便宜的PC上，完成所有的Unix特征，還可以在多任務(wù)、多用戶的情況下，Linux可以通過(guò)GNU公開(kāi)授權(quán)自由地使用，并且遵循了POSIX。它既包含了Linux的全部系統(tǒng)，又包含了諸如文本編輯器，高級(jí)語(yǔ)言編譯器，以及其他一些相關(guān)的系統(tǒng)。同時(shí)，該軟件還包含了X視窗與多視窗管理員的圖形使用者介面，讓我們可以像使用視窗NT那樣使用視窗、圖標(biāo)和菜單來(lái)操縱我們的系統(tǒng)。因?yàn)槭腔贚inux，所以這個(gè)軟件的調(diào)試非常的繁瑣，需要在X86上生成一個(gè)可運(yùn)行的程序，并對(duì)其進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、調(diào)整，再對(duì)一些關(guān)鍵的程序代碼進(jìn)行修改，再把這些程序代碼修改成一個(gè)完整的程序，再把這些程序代碼從這個(gè)程序中導(dǎo)出出來(lái)，再把這些程序代碼導(dǎo)入到自己的主控臺(tái)中，這個(gè)過(guò)程非常的繁瑣。整個(gè)程序流程如圖4.1所示。初始化初始化硬件初始化控制過(guò)程顯示界面返回按上次運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理程序按鍵按下YN軟件變量初始化圖4.1控制系統(tǒng)主流程圖系統(tǒng)總體測(cè)試系統(tǒng)硬件調(diào)試在論文中，使用了Proteus程序，對(duì)該程序進(jìn)行了硬件仿真。在經(jīng)歷了十多年的發(fā)展之后，Proteus已經(jīng)擁有了十分廣闊的使用范圍，它不但具備了原理圖、布線、SPICE等多種硬件設(shè)備的能力，還能夠?qū)CU等外部元件進(jìn)行模擬，并且它的電路仿真具有互動(dòng)性，還可以在單片機(jī)上進(jìn)行編程，從而可以在單片機(jī)上進(jìn)行虛擬調(diào)試。使用此軟件進(jìn)行了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，再將*.HEX作為目的代碼，即可在軟件的設(shè)計(jì)中看到實(shí)際的操作狀況和流程。普羅泰斯ISIS的軟件窗口如圖5.1所示：圖5.1ProteusISIS軟件窗口首先，把所需的元件全部添加到物件選取窗口，再把元件放在視窗中，再把講總線放進(jìn)視窗，再把各元件與總線連在一起，就可以實(shí)現(xiàn)硬件連接。系統(tǒng)軟件調(diào)試在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)階段，我們使用了KeilC4。該方法具有用叢集編程的快速和高效等優(yōu)點(diǎn)。本軟件使用了一個(gè)通用的軟件平臺(tái)，使得軟件中的各功能組件能夠相互協(xié)調(diào)，人機(jī)交互方便，使用方便。無(wú)論是采用C或C進(jìn)行編程，為了將編寫好的代碼編成計(jì)算機(jī)代碼，將HEX可執(zhí)行文件寫入MCU中，必須采用編譯器。KeilμVision4屬于諸多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件中最出色的一種，它可以支持許多來(lái)自不同公司的MCS-51架構(gòu)的單片機(jī)，乃至ARM，它集編輯、編譯、仿真等于一體，它的接口與常見(jiàn)的VC++軟件的接口非常類似，它的接口十分友好，易于學(xué)習(xí)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也具有很強(qiáng)大的能力。在圖5.2中顯示了KeilC4的軟件接口。INCLUDEPICTURE\d"C:\\Users\\DELL\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\1421057651\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\)OB04467}$3BBEI6HVGM$T4.jpg"\*MERGEFORMATINET圖5.2KeilC4編輯界面系統(tǒng)總電路圖下面的圖5.3顯示了系統(tǒng)方法的模擬電路。如圖5.3所示。INCLUDEPICTURE\d"C:\\Users\\DELL\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\1421057651\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\6XC%PI)YCOD)}CI2A%KR9`B.png"\*MERGEFORMATINET圖5.3系統(tǒng)仿真電路圖仿真結(jié)果（1）點(diǎn)擊啟動(dòng)，此時(shí)速度顯示1m/s，時(shí)間顯示7s，距離7米。如圖5.4所示。圖5.4仿真電路圖（2）點(diǎn)擊加速按鍵，此時(shí)速度5m/s，時(shí)間顯示122s，距離141米。如圖5.5所示。圖5.5加速后仿真電路圖（3）點(diǎn)擊減速按鍵，此時(shí)速度4m/s，時(shí)間顯示129s，距離171米。如圖5.6所示INCLUDEPICTURE\d"C:\\Users\\DELL\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\1421057651\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\7EQZ68}([MMP)EKSJN5GIQF.png"\*MERGEFORMATINET圖5.6加速后仿真電路圖（4）加速到8m/s時(shí)，速度過(guò)快，防止受傷，蜂鳴器報(bào)警，指示燈變紅。如圖5.7和圖5.8所示。INCLUDEPICTURE\d"C:\\Users\\DELL\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\1421057651\\QQ\\Win