基于单片机的计步器设计及实现2015-1-7 22.7.39
基于单片机的计步器设计
基于单片机的计步器设计随着人们生活水平的提高和科技的不断进步，智能硬件设备已经成为我们日常生活的一部分。
其中，计步器作为一种监测身体运动的工具，越来越受到人们的喜爱。
而基于单片机计步器的设计，不仅具有较高的精度和稳定性，还能够有效地降低成本。
本文将详细介绍基于单片机计步器的设计思路和实现方法。
计步器作为一种运动监测工具，可以帮助人们有效地监测自己的运动量，进而控制饮食和调整运动计划。
传统的计步器多为机械式或电子式，但其成本较高、体积较大，不利于随身携带。
因此，设计一种低成本、便携式的计步器成为了一项重要需求。
基于单片机的计步器应运而生，成为了满足这一需求的有效解决方案。
基于单片机计步器的核心部件为单片机、加速度传感器和显示屏。
其中，单片机作为控制中心，负责处理加速度传感器采集的数据并控制显示屏的显示；加速度传感器用于监测步行时的加速度变化；显示屏则用于显示步数、距离、时间等数据。
电路连接方面，单片机与加速度传感器、显示屏等部件通过线路连接。
其中，加速度传感器通过AD转换将模拟信号转化为数字信号，再传输给单片机；单片机将处理后的数据传输给显示屏进行显示。
软件设计方面，我们采用C语言编写程序。
程序主要包括数据采集、数据处理和数据显示三部分。
数据采集部分负责读取加速度传感器的数据；数据处理部分将这些数据进行分析和处理，计算出步数、距离、时间等参数；而数据显示部分则负责将处理后的数据显示在显示屏上。
在实现单片机计步器的过程中，首先需要进行实验验证，以确定设计的可行性和稳定性。
实验中，我们需要采集不同步行速度和距离下的加速度数据，并对这些数据进行处理和分析，以得出准确的步数、距离和时间等参数。
实验验证不仅能够帮助我们检验设计的正确性，还能够为后续的实际应用提供参考。
数据采集和处理是单片机计步器的核心环节之一。
在实际应用中，我们需要通过加速度传感器采集步行时的加速度变化数据。
这些数据经过AD转换后，传输给单片机进行处理。
基于单片机的智能计步器设计
基于单片机的智能计步器设计摘要本文基于单片机设计了智能计步器，通过加速度传感器采集人体的步数，并利用有限状态机进行步数统计与分析。
采用串口通信方式将步数数据传输至上位机进行存储和展示，同时设计了图形化界面方便用户操作。
实验结果表明，该智能计步器具有较高的准确度和实用性，可以满足大多数人的步数记录需求。
关键词：单片机；计步器；加速度传感器；有限状态机；串口通信；图形化界面；步数记录。
AbstractIn this paper, an intelligent pedometer based on single-chip microcomputer is designed. The pedometer collects the number of steps taken by the human body through the acceleration sensor and uses the finite state machine for step counting and analysis. The step count data is transmitted to the upper computer for storage and display through serial communication, and a graphical interface is also designed for user operation. The experimental results show that the intelligent pedometer has high accuracy and practicality, and can meet the step recording needs of most people.Keywords: Single-chip microcomputer; Pedometer; Acceleration sensor; Finite state machine; Serial communication; Graphical interface; Step recording.1.引言近年来，随着健康意识的提高和生活方式的变化，计步器作为一种便捷的健身工具，被越来越多的人所使用。
单片机计步器设计与实现开题报告
单片机计步器设计与实现开题报告一、课题背景近年来，随着健康意识的增强，人们对于运动量的监测和记录变得越来越重要。
计步器作为一种简单、便捷的运动监测设备，受到了广泛的关注和应用。
而单片机作为计步器的核心控制器，可以实现计步器的计步功能、数据存储和显示等功能。
因此，本课题旨在设计和实现一款基于单片机的计步器，为用户提供准确、方便的运动监测服务。
二、研究内容1. 设计计步器的硬件结构：包括传感器、存储器、显示器等组成部分的选择和连接方式。
2. 硬件设计：根据计步器的功能需求，设计相应的硬件电路，确保计步器的正常运行。
3. 软件设计：编写单片机的控制程序，实现计步功能、数据存储和显示等功能。
4. 系统调试：对设计的计步器进行系统级调试，确保其功能正常、稳定。
三、研究意义1. 为用户提供方便、准确的运动监测服务，帮助用户科学合理地进行运动锻炼。
2. 推动单片机在健康监测领域的应用，促进智能健康监测设备的发展。
3. 为相关领域的研究提供参考和借鉴，促进相关领域的发展。
四、研究方法1. 调研分析：调研市场上的计步器产品，了解其功能特点和用户需求。
2. 硬件设计：根据需求选择合适的传感器、存储器、显示器等硬件组件，并设计相应的硬件电路。
3. 软件设计：编写单片机的控制程序，实现计步功能、数据存储和显示等功能。
4. 系统调试：对设计的计步器进行系统级调试，确保其功能正常、稳定。
五、计划安排1. 第一阶段（1-2周）：完成调研分析，确定计步器的功能需求和硬件设计方案。
2. 第二阶段（3-4周）：完成硬件设计，包括传感器、存储器、显示器等硬件的选择和连接。
3. 第三阶段（5-6周）：完成软件设计，编写单片机的控制程序，实现计步功能、数据存储和显示等功能。
4. 第四阶段（7-8周）：进行系统调试，对设计的计步器进行功能测试和稳定性测试，确保其正常运行。
六、预期成果1. 设计并实现一款基于单片机的计步器，功能包括计步、数据存储和显示等。
浅谈基于单片机的计步器设计
8 | 电子制作 2018年4月动传感器就是一个普通的平衡装置，当人体运动时，平衡装置原有的平衡状态被破坏，因此出现通或断情况，因此达到计步效果。
随着科技的进步，新型的计步器逐渐被人类所研发，本文就是对基于单片机的计步器进行简单的论述。
1 设计思想基于单片机的计步器设计主要由五部分组成：STC89C52单片机最作为控制系统；ADXL345加速度传感器用来检测人体状态的变化；蓝牙模块用来作为无线传输，把数据传输给收件APP 进行显示步数、路程、卡路里；LED 灯电路作为一个人体活动的状态指示；电源电路为系统供电。
系统的结构图如图1所示。
图1 基于单片机的计步器系统组成2 系统硬件设计■2.1 控制模块STC89C52芯片是一种新型的芯片，它的功耗和速度都比上一代要好，制作工艺也有很大的提升，芯片内附有MAX810电路的高品质CMOS8位微控制器。
该芯能够擦写1000次之多，可以直接使用串口下载，当CPU 停止工作， ■2.2 人体状态传感器选用角度传感器ADXL345模块实时检测相关状态信息。
ADXL345是具体积小、功耗低、厚度低的3轴加速计，具有灵活的中断模式，可映射到任一中断引脚，抗冲击能力强，可通过SPI 或I 2C 两种数字接口访问，32级先进先出（FIFO）缓冲器，用于存储数据，使处理器最小化，并降低整个系统的功耗。
同时ADXL345模块提供了各种特殊检测功能特点。
通过利用任意轴上的加速度原有的数值和用户设置的数值进行比较，从而来检测活动和非活动状态；任何方向的双振动和单振动都可以来检测爆震功能；还具备自由落体检测功能。
2.2.1 ADXL345的工作原理ADXL345加速度传感器主要就是利用信号准换功能，把模拟信号准换为数字信号传送给单片机进行处理。
首先由前端感应器感测加速度的大小，然后利用感应电信号器件转为可识别的电信号，这个电信号是个模拟信号，ADXL345模块内部本身有A/D 转换器，可以将这个模拟信号转换为数字信号。
基于单片机的计步器毕业设计
基于单片机的计步器毕业设计基于单片机的计步器毕业设计是一个结合硬件和软件开发的项目，旨在设计和实现一种能够准确计算人体步数的计步器。
本文将详细介绍基于单片机的计步器毕业设计的实施过程。
一、设计目标和功能需求：-设计一个小巧方便携带的计步器装置。
-准确计算和显示用户的步数。
-提供用户友好的界面和操作方式。
-具备存储功能，可以记录用户的步数历史数据。
-实现电池管理功能，延长电池寿命。
-提供报警功能，当达到设定目标步数时进行提醒。
二、硬件设计：1.主控芯片：选择适合计步器的低功耗单片机芯片，如ATmega328P。
2.传感器：使用加速度传感器来检测用户的步行动作，如三轴加速度传感器MPU6050。
3.显示屏：选用OLED显示屏，具有较低的功耗和高对比度。
4.按键：设置功能按键，如复位按钮、模式切换按钮等。
5.存储器：添加闪存芯片或SD卡，用于存储步数历史数据。
三、软件设计：1.初始化：设置芯片的引脚、时钟和其他必要的初始化配置。
2.加速度数据采集：通过加速度传感器采集用户的步行动作数据，并进行滤波处理以消除噪声。
3.步数计算：根据加速度数据分析用户的步行模式，使用步数计算算法准确计算步数。
4.显示界面设计：设计用户友好的显示界面，包括当前步数、目标步数、历史数据等。
5.存储功能：将计算得到的步数数据存储在闪存芯片或SD卡中，便于后续查看和分析。
6.电池管理：实现低功耗模式，在不需要使用时自动进入睡眠状态以延长电池寿命。
7.报警功能：当达到设定的目标步数时，触发报警功能，提醒用户完成目标。
四、系统调试与测试：1.硬件连接：将各个硬件组件连接到单片机上，并进行电路连接的验证和检查。
2.软件编程：使用适当的编程语言（如C语言）编写单片机的程序代码，并进行编译和烧录到芯片中。
3.功能测试：对计步器的各项功能进行测试，包括步数计算的准确性、界面的显示效果、存储功能的正常运行等。
4.优化调试：根据测试结果对硬件和软件进行调优，修复可能存在的问题和错误。
基于单片机的计步器——开题报告
学生毕业设计（论文）开题报告者跑步时步数的装置，该装置连接的电子系统能准确地将步数转换为数字信号反映出来。
2.研究方法和技术路线系统组成:加速度传感器、51单片机、LCD1602液晶、蓝牙模块系统结构框图:阐述设计过程:设计思路：基于单片机的便携式计步器采用STC89C52单片机+LCD1602液晶+按键+ADXL345传感器。
通过传感器感应被测物体角度的变化，单片机通过读取传感器的数字量，然后由单片机输出信号控制显示。
具体过程是利用ADXL345传感器感知步行变化，通过放大电路将信号放大，ADC电路将模拟信号转数字信号。
然后对信号进行判断，信号符合规定区间则认定为行走一步，计步加1，以此类推。
做这个选题最重要的就是传感器的选择。
通过对市场上众多智能手环进行统计与对比，得出结果为公司的3轴加速度计ADXL335, ADXL345和ADXL346，小巧纤薄，功耗极低，非常适合计步器的应用。
如果应用对成本极其敏感，或者模拟输出加速度计更适合，建议ADXL335，它是一款完整的小尺寸、薄型、低功如果PCB尺寸至关重要，建议ADXL346，这款低功耗器件的内置功能甚至比ADXL345还多，采用小传感器* 单片机心ADILCD显示卜④主要参考文献目录及文献综述：[1] 戴俊•电子计步器给您带来健康[J].健康，1998 , （11 ）[2] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：电子工业出版社，2004[3] 祁向钧.我的好伙伴一- -计步器[J].长寿，2007，（01）[4] 谢自美.电子线路设计实验测试•华中科技大学出版社.2000⑸方方.单片微机原理及应用.清华大学出版社.2007⑹张天石•自制计步器[J].集成电路应用,1994，（03）[7] 陈晓荣.李可基.运动传感装置计步器功能的效度研究[A].中国营养学会第十次全国营养学术会议暨第七届会员代表大会论文摘要汇编[C],2008[8] 王毓银.数字电路逻辑设计（第三版）•高等教育出版社.1999[9] 粱德厚.数字电路技术及应用•机械工业出版社.2004[10] 岳怡•数字电路与数字电子技术•西北工业大学出版社.2004[11] 康华光•电子技术基础一一模拟部分•高等教育出版社.2006[12] Tran slat ing accelerometer counts into en ergy expe nditure: adva ncing the quest —2006[13] Michael John Sebastian Smith 著•专用集成电路.电子工业出版社2009[14] Tran slat ing accelerometer counts into en ergy expe nditure: adva ncing the quest —2006[15] Accelerometry based assessme nt of gait parameters in childre n. - 2006[16] Functional electrical stimulatio n for walki ng: rule based con troller using accelerometers —2008[17] CAI B G . Position estimation via fusio n and in tegratio n of GPS an di nertial 8en sol{[R] . [8 . I]: Report of CITR . the Ohio State University ，2008.。
基于单片机的智能计步器设计原理
基于单片机的智能计步器设计原理1引言当今社会，随着经济的发展，人们生活水平的提高，肥胖的人越来越多，也就导致了越来越多的疾病产生,因此，人们越来越关注健康问题，而锻炼身体是让自己健康的最有效的方法。
因此计步器应运而生，就成了时下流行的趋势。
步行时，通过伸缩肌肉，血液在流动时的抵抗值下降，血压下降且稳定。
经常步行的人很少患高血压或低血压病。
坚持步行能减少血管内附着的脂肪性物质，使体重减轻，也逐渐减少心脏的负荷。
而基于单片机为核心控制的计步器有着精确，可靠，稳定，方便等优点，已被大多数人所接受。
通过计步器人们可以知道自己跑了多少步，实时掌握自己的锻炼情况。
2总体设计方案计步器由振荡电路、复位电路、显示电路以及按键电路几个部分组成，由电池进行供电。
系统结构图如图1所示。
图1系统结构图3硬件的设计3.1振荡电路AT89C51单片机内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，振荡电路是单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作。
假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，这在通信中会体现的很明显，电路将无法通信。
它是由一个晶振和两个瓷片电容组成的。
时钟电路中的两个电容用作补偿，使得晶振更容易起振，频率更加稳定。
如图2所示。
图2振荡电路3.2复位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。
由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。
系统的复位采用了上电复位的形式，上电过程中微控制器复位引脚保证10ms以上的高电平就能可靠的将微控制器复位。
如图3所示。
图3复位电路3.3显示电路本次设计采用4位LED共阴极数码管显示屏做为系统的显示界面，如图4所示。
基于单片机的计步器设计
基于单片机的计步器设计一、计步器的工作原理计步器的工作原理主要基于加速度传感器。
加速度传感器能够感知物体运动时产生的加速度变化。
当人行走时，身体会产生上下的加速度变化，计步器通过检测和分析这些加速度变化来计算步数。
在行走过程中，脚步着地和抬起时产生的加速度变化具有一定的特征。
计步器通过设定阈值和算法，对加速度数据进行处理，当加速度的变化超过阈值并且符合特定的模式时，就被认为是一步。
二、硬件设计1、单片机选择在计步器的设计中，单片机是核心控制单元。
我们可以选择常见的低功耗、高性能的单片机，如 STM32 系列。
STM32 系列单片机具有丰富的外设资源、良好的稳定性和性价比，能够满足计步器的功能需求。
2、加速度传感器加速度传感器用于检测人体运动时的加速度变化。
常见的加速度传感器有 MPU6050 等。
MPU6050 集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪，可以提供高精度的运动检测数据。
3、显示模块为了方便用户查看计步数据，需要选择合适的显示模块。
可以选择液晶显示屏（LCD）或者电子纸显示屏（EPD）。
LCD 显示屏显示效果清晰，但功耗相对较高；EPD 显示屏功耗低，但刷新速度较慢。
根据实际需求，可以选择合适的显示模块。
4、电源模块计步器通常采用电池供电，因此需要设计一个稳定可靠的电源模块。
可以选择锂电池作为电源，并通过电源管理芯片对电池进行充电和电量监测。
三、软件设计1、初始化在系统启动时，需要对单片机的各个外设进行初始化，包括加速度传感器、显示模块、定时器等。
2、数据采集通过单片机的接口读取加速度传感器的数据，并进行滤波处理，以去除噪声和干扰。
3、计步算法计步算法是计步器软件的核心部分。
常见的计步算法有峰值检测算法、零交叉算法等。
在实际应用中，可以根据传感器的特性和实验数据选择合适的计步算法，并进行优化和改进。
4、数据存储为了记录用户的运动数据，可以使用内部闪存或者外部存储卡进行数据存储。
存储的数据可以包括步数、运动时间、消耗的卡路里等。
基于单片机的三轴加速度计步器设计
基于单片机的三轴加速度计步器设计张婷【摘要】介绍了基于单片机设计的计步器.利用人在行走时产生的三向加速度作为计步器触发点,采用ADXL345三轴加速度传感器实现从感应人运动时的加速度到计算出人行走的步数的转变.在传感器内部的A/D转换器,通过模数转换将采集来的加速度信号转换为数字信息并输送到STC89C52单片机上进行处理.单片机再通过运用合理的算法从而实现准确计算出人行走的步数,再通过算法得到里程、卡路里.【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】3页(P32-33,50)【关键词】ADXL345;三轴加速度传感器;计步器;STC89C52【作者】张婷【作者单位】山西大学商务学院,山西太原030031【正文语种】中文【中图分类】TP393现在社会，人们所追求的生活水平日渐提高，我们越来越关心我们的身体健康状态。
计步器作为一种检测步伐的电子产品，能够算出运动消耗的能量，然后人们就可针对个人的实际情况订制属于自己的运动方案来适当锻炼，并根据运动信息来分析出人体的身体状态。
针对目前市面上用户需求，计步器不仅可以检测人行走的步数和路程还可以计算出你运动所消耗的能量，便携式计步器就自然而然地诞生了。
通过研究人行走的形态发现人在行走时会产生三个方向的加速度。
利用加速度传感器捕捉人行走三个方向的加速度，正好可以模拟人跑步时候形成的垂直、前，侧向的加速度。
正是由于三个方向的加速度测量，所以做出来的计步器适合佩戴在人体任何部位。
计步器的总体结构框图如图1所示，该计步器由STC89C52芯片、液晶显示模块LCD1602和加速度传感器ADXL345构成。
工作过程如下：传感器检测到外界物理运动的三个方向的加速度，通过芯片内部的模数转换把模拟信号转化为单片机可以识别的数字信号，单片机获得数据信息再通过分析计算，把最终信息输送给显示器。
从液晶显示器上可以读出步数、总步数、路程以及运动消耗的卡路里。
基于单片机计步系统设计
基于单片机计步系统设计摘要：本文基于单片机设计了一个计步系统，该系统由加速度传感器和单片机组成，通过采集加速度数据进行算法处理得到步数。
设计过程中，我们着重考虑了系统的精度、实时性和功耗等因素，并在实验中对系统的性能进行了评估。
实验结果表明，该系统具有较高的步数检测精度和实时性，能够满足日常步数统计的需求。
关键词：单片机，计步系统，加速度传感器，步数检测精度，实时性，功耗Abstract:In this paper, a step counting system based on a single-chip microcomputer is designed. The system consists of an acceleration sensor and a single-chip microcomputer. By collecting acceleration data and algorithm processing, step counting is obtained. In the design process, we focused on factors such as the accuracy, real-time performance, and power consumption of the system, and evaluated the performance of the system in experiments. The experimental results show that the system has high accuracy of step counting and real-time performance, which can meet the daily step counting needs.Keywords: single-chip microcomputer, step counting system, acceleration sensor, step counting accuracy, real-time performance, power consumption一、引言健康生活是当前社会的一个热门话题，而步数统计是健康生活中的重要指标之一。
基于单片机计步器的设计
0 引言最早的计步器是利用机械一维振动传感器进行数据采集，进行对运动情况的监测，但是这种传感器存在精度低，灵敏度差，很多方面已经不能满足人们的需求[1]。
本文旨在前辈们的设计经验的基础上，设计一款精准计数的健康智能管理计步器。
特别地，针对减肥人群，在其对应的运动量和消耗的卡路里的范围内，对他们摄入热量多少做个提示。
1 系统总设计图1 系统总体框图本次设计了一个简易的、能够时时刻刻掌握人们身体健康的，运动情况的智能计步器，是以STC89C51单片机为控制核心，利用ADXL345三轴加速度传感器采集人体步行的信息，用LCD1602液晶显示器精确显示每天行走的步数和时间，实时掌握步行所消耗的卡路里和脂肪燃烧量，同时系统还可以进行设定不同的身高和体重，已达到计算更加准确，达到科学的步行，系统总体框图如图1所示。
若只是单纯的行走，会很没有想要继续坚持走下去的信心，而且盲目的步行对健康没有一点儿的促进作用，所以设置一个区域化的管理计步器让使用者看得到自己的成绩，激励自己。
2 硬件设计2.1 单片机最小系统电路主控模块采用STC89C51单片机作为主控模块的控制核心，STC89C51是STC 公司生产的一种低功耗、高性能8位微控制器。
它内部是EEPROM，不仅可以在程序中修改，且断电不会丢失，同时还有两级中断优先级，价格也便宜。
通常，STC89C51单片机的最小系统由电源电路、晶振电路、复位电路组成。
2.2 显示电路LCD 的工作原理简单就是通过电流诱发内部液晶分子由点连线，由线成面，三者相互配合点亮背部的小灯管，这样就成了我们看见的LCD 显示屏了[2]。
其次LCD1602和单片机的连接基本是固定的，只要把1602的控管脚接到单片机上的管脚就可以，然后就可以设置液晶为8位或者4位数据接口[3]。
Keywords: quantitative; real-time monitoring; intelligence; pedometer基金项目：阿坝地区电力系统短期负荷的研究（ASC19-25）；智能配电网环境下的短期负荷预测（S201910646003S）；互联网+智能婴儿车（S201910646091）。
浅谈基于单片机的计步器设计
浅谈基于单片机的计步器设计摘要：本文基于单片机实现了一款计步器，并讨论了设计过程中所遇到的问题以及解决方案。
该计步器采用加速度传感器检测步伐，使用LCD显示步数和距离并可通过串口输出数据。
实验结果表明，该计步器具有较高的测量精度和稳定性，可应用于日常步行监测、运动训练等领域。
关键词：单片机、计步器、加速度传感器、LCD、串口输出正文：1. 引言计步器是一种用于测量走路步数和距离的简单设备，广泛应用于日常生活和运动训练。
随着单片机技术的发展，基于单片机的计步器因其小巧、低功耗、精度高等优势越来越受到关注。
2. 计步器设计2.1 硬件设计本文所设计的计步器硬件主要包括单片机、加速度传感器、LCD、按键、蜂鸣器等模块。
其中，加速度传感器是用来检测步伐的核心模块，LCD用于显示步数和距离，按键用于设置计步器参数，蜂鸣器用于发声提示。
具体电路图如图1所示。
2.2 软件实现本文所设计的计步器软件主要分为两部分：主程序和中断服务程序。
主程序负责调用各个模块进行计步和数据处理，中断服务程序则负责处理加速度传感器的数据及其检测算法。
具体算法实现如下：（1）数据采集及滤波在运动过程中，加速度传感器会受到一定的干扰，因此需要对采集的数据进行滤波处理。
本文所采用的滤波算法为一阶低通滤波器，可有效去除高频噪声。
（2）步伐检测步伐检测算法主要分为两个部分：峰值检测和步数计算。
具体实现如下：（a）峰值检测：当传感器采集到的数据大于一定阈值时，认为用户迈出了一步。
（b）步数计算：根据用户的身高、步长等参数计算每步的距离，并累加步数和距离。
3. 实验结果与分析本文设计的计步器经过实验验证，具有较高的测量精度和稳定性。
同时，该计步器具有LCD显示功能和串口输出功能，可满足用户对数据实时查询和记录的需求。
4. 结论本文利用单片机和加速度传感器设计了一款计步器，并成功解决了计步算法、数据处理等问题，具有较高的测量精度和稳定性，可应用于日常步行监测、运动训练等领域。
基于单片机计步器的设计
科 技 创 新
基于单片机计步器 的设计
崔秋 丽
（ 苏 州 工 业职 业技 术 学 院 ， 江 苏 苏州 ２ １ ５ １ ０ ４ ） 摘 要： 本 系统 是 一 个针 对人 体 步行 的特 点设 计 的 智 能计 步 系统 ， 对腰 部 运动 加 速度 的峰值 检 测从 而得 到 步数 。文章 通 过对 系 统 的硬 件 部分 和软 件 部分 设 计 来达 到计 步要 求 。 关 键词 ： Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １ 单 片机 ； 传感器； 计 步 器
臣
］
图 ４ 显 示 器 连 接 电路
一
３ － ４ 按键 电路 本次 设 计是 以按 键 的 形式 来 代替 人 走 步所 产 生 的震 动 ， 每 按键 次 即表 示 人走 动 一步 ， 其 电路 如 图 ５所示 。
图 １系 统 结 构 图
３ ． ５ Ａ Ｄ Ｘ Ｌ ２ ０ ２ 传感器 电路 Ａ Ｄ Ｘ Ｌ ０ ２ ２ 传感器模块电路如图 ６ 所示。
１ 引 言
当今社 会 ， 随着 经 济 的发 展 ， 人 们 生活 水 平 的提 高 ， 肥 胖 的人 越 来越多， 也就 导 致 了越 来 越 多 的疾 病产 生 ， 因此 ， 人 们 越来 越 关 注 健 康问题 ， 而锻炼身体是让 自己健康的最有效的方法 。因此计 步器应 运 而生 ， 就 成 了时 下 流行 的趋 势 。步行 时 ， 通 过伸 缩 肌 肉 ， 血 液在 流 动 时 的抵抗 值 下 降 ， 血 压 下 降且 稳 定 。经 常 步行 的 人很 少 患 高血 压 或 低 血压 病 。坚持 步 行能 减 少血 管 内附着 的脂 肪性 物 质 ， 使体 重 减 轻， 也 逐渐 减少 心 脏 的负 荷 。而 基 于单 片 机 为核 心 控制 的计 步器 有 着精确 ， 可靠 ， 稳定 ， 方便等优点 ， 已被大多数人所接受 。 通过计步器 人们 可 以 知道 自己跑 了 多少 步 ， 实 时 掌握 自己 的锻炼 情 况 。 ２ 总体 设计 方 案 计 步 器 由振 荡 电路 、 复位电路、 显 示 电路 以及 按 键 电路 几 个 部 分 组成 ， 由电池 进 行供 电。系 统结 构 图如 图 １ 所示 。
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教学单位湖北工程学院学生学号************本科毕业论文（设计）题目基于单片机的计步器设计和实现学生姓名郭腾专业名称电子信息工程指导教师肖永军2014年12月10日基于单片机的计步器设计及实现摘要: 计步器是一种颇受欢迎的日常锻炼进度监控器，可以激励人们挑战自己，增强体质，帮助瘦身。
早期设计利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器。
晃动这些装置时，可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆锤左右摆动敲击挡块。
计步器功能可以根据计算人的运动情况来分析人体的健康状况。
而人的运动情况可以通过很多特性来进行分析。
与传统的机械式传感器不同，ADXL345是电容式三轴传感器，由它捕获人体运动时加速度信号，更加准确。
信号通过低通滤波器滤波，由单片机内置A／D转换器对信号进行采样、A／D转换。
软件采用自适应算法实现计步功能，减少误计数，更加精确。
单片机STC89C52控制液晶显示计步状态。
整机工作电流只有1-1.5mA，实现超低功耗。
关键字：计步器;加速度传感器;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 weighted 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. 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 for signal sampling, A / D conversion. Software uses an adaptive algorithm pedometer function, reduce error count is more accurate. STC89C52 SCM control LCD pedometer state. Machine operating current of only 1-1.5mA, ultra-low power consumption.Key Words: pedometer; Acceleration sensor; ADXL345; low power consumption目录1绪论 (1)1.1论文研究的背景、目的及意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3本文研究的内容 (2)2方案设计及选择 (2)2.1设计要求 (2)2.2传感器的选择 (2)2.3 MCU微处理器的选择 (4)2.4系统的总体设计 (5)3系统的硬件设计 (5)3.1微处理器电路模块 (5)3.2计步器传感器采集模块 (7)3.3显示模块 (10)4软件设计 (12)4.1软件流程图 (12)4.2计步器算法的实现 (13)5测试及分析 (17)5.1系统调试及功能 (17)5.2系统的测试 (17)6总结 (19)[参考文献] (20)附录 (21)致谢 (22)IV1绪论1.1论文研究的背景、目的及意义随着社会的发展，人们的物质生活水平日渐提高，人们也越来越关注自己的健康。
计步器作为一种测量仪器，可以计算行走的步数和消耗的能量，所以人们可以定量的制定运动方案来健身，并根据运行情况来分析人体的健康状况，因而越发流行。
手持式的电子计步器是适应市场需求的设计，使用起来简单方便。
计步器是一种颇受欢迎的日常锻炼进度监控器，可以激励人们挑战自己，增强体质，帮助瘦身。
早期设计利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器。
晃动这些装置时，可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆锤左右摆动敲击挡块。
电子计步器主要组成部分是振动传感器和电子计数器。
步行的时候人的重心会上下移动。
以腰部的上下位移最为明显，所以记步器挂在腰带上最为适宜。
所谓的振动传感器其实就是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个触点能出现通/断动作，由电子计数器完成了主要的记录与显示功能，其他的属于热量消耗，路程换算均由电路完成。
计步器中一般采用一种加速度计来感受外界的震动。
常用的加速度计原理如下：在一段塑料管中密封着一小块磁铁，管外缠绕着线圈，当塑料管运动时，磁铁由于惯性在管中反向运动，切割线圈，由于电磁感应，线圈中产生电流，人体运动时，上下起伏的加速度近似为正弦过程，线圈的输出电流也是正弦波，测量正弦波的频率就可以得出运动的步数，再计算的出速度，距离，和消耗卡路里。
1.2国内外研究现状计步器最早是由意大利的伦纳德·达芬奇酝酿的，但现存的最早的计步器是在达芬奇之后150年，即德国1667年制作的。
日本最早的计步器是由Gcn．naiHiraga在1755年制作的。
在中世纪和近代，计步器并未被广泛使用，因为人们并不清楚它的用途。
这说明机器的发明(硬件)不及找到它对人类的用途(软件)重要。
在日本，计步器已经使用了40多年，主要用于体育运动和分析记录行走步调。
1965年，计步器正式进入日本商用市场，并被命名为manpo-meter （manpo的日语含义是10000步）。
这是的计步器通常利用摆钟原理作为记步技术，利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器。
如果晃动这些装置，就可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆钟左右摆动敲响当块。
这种机械式的计步器早已淡出历史，取而代之的是电子式的计步器。
1.3本文研究的内容本文是一个基于STC89C52低速单片机，结合ADXL345倾角传感器来实现计步功能。
第二章根据设计的要求选择了基于三轴加速度ADXL345功能计步器设计方案，第三章对硬件中微处理器电路模块、传感器数据采集模块以及LED1602显示模块进行介绍，第四章中对软件流程图以及记步检测算法进行介绍。
紧接着第五章对实物进行了调试和功能验证。
2方案设计及选择2.1设计要求(1)能够有效的检测人体步行动作。
(2)能够显示并且记录单位时间内的步数。
(3)使用单片机技术处理数据。
2.2传感器的选择方案一：是选择机械式振动传感器机械式振动传感器内部有一个平衡锤，当传感器振动时，平衡被破坏，如此会造成上下触点的通断。
佩戴者在跑步过程中，身体起伏重心高低产生变化，计步器内部的振动传感器就会将这一变化转换为数字量送至控制单元，从而获得佩戴者的运动信息。
机械式振动传感器原理简单、精度和成本低，适用于振幅较大的场合。
方案二：选择加速度传感器三轴加速度传感器分为压阻式，压电式和电容式。
加速度的变化能够改变电阻、电压或者电容的变化，从而获得空间位置三个垂直方向的加速度分量。
佩戴者在跑步过程中，身体上下起伏，计步器内部的微控制器读取三轴加速度传感器的三组模拟量，通过计步算法分析，获取运动信息。
三轴加速度传感器具有精度高、反应速度快、通讯协议简单可靠等特点，广泛使用于汽车、数码产品、航天设备等领域。
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。
利用这一特性，可将压力传感器内置在鞋的底部，当用户在行进过程中，压力传感器受到的压力不同（抬脚时脚对鞋无压力，放脚时脚对鞋有持续压力），这样，计步器的主控单元读取压力值，经过计步算法即可判断运动状态。
为选择一款最适合本课题的计步传感器将三种传感器对比如图：表1目前内置于鞋底的压力传感器属于柔性传感器。
在2008年北京奥运会上曾将它用于检测运动员的蹬地力、蹬地时间、足底接触形状、运动速度、离心力等信息，以便指导运动员取得更好的成绩。
这种传感器价格昂贵，设计难度较大，不适合本设计。
机械设振动传感器应用于早期的计步器，测量精度低，误判、漏判严重，不符合本课题高精度的设计原则。
随着加速度传感器的工艺逐渐成熟，测量精度也逐渐提高，功耗已达到微安级别，随着市场的大量使用，价格也降了下来，非常符合本课题的设计理念。
表2列出了不同型号的三轴加速度传感器的特性。
表2 加速度传感器特性对比表结合价格、功耗和精度等多方面考虑，本课题选择的三轴加速度传感器ADX L345作为计步传感器。
2.3 MCU微处理器的选择方案一：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微控制器是一款入门级微控制器，它内核简易，应用广泛，资料齐全，非常适合入门学习。
同时它的价格低廉，是一款适用于追求低成本，不追求实时性的电子产品。
在我国很长一段时间内，8051微控制器占据了小型家电市场，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闻名的16位微控制器，有许多低功耗的工作模式，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式，高效率的查表处理指令。
这些特点都保证了用它可以编写出高效率的源程序。
方案三：采用32位微控制器Cortex-M0+内核基于ARMv6架构，支持Thumb/Thumb-2子集ISA，单核心，采用低成本的90nmLP工艺制造，核心面积仅0.04mm2，每MHz单位频率消耗的电流、功耗分别有9μA、11μW，是现今其它8/16位微控制器的大约三分之一，而性能上又比它们高出很多。
飞思卡尔的Kinetis L系列微控制器基于ARM Cortex-M0+内核，是目前市场上能效极高的32位微控制器，每微安数据吞吐量居业内领先水平；超低功耗模式多种灵活的功率模式，适合不同的应用情形，可最大限度延长电池寿命；多种技术优化功耗，包括90nm薄膜存储(TFS)技术、时钟和电源门控技术，以及带有位处理引擎、外围交叉桥和零等待闪存控制器的高效平台等；深度睡眠模式下，可在不唤醒内核的情况下进行智能决策并处理数据。