基于单片机的仰卧起坐计数器
0 引言
随着对健康的重视，人们越来越积极的参加各种运动。仰卧起坐作为一种体能训练的方法，再加上它不受场地环境影响的优点，成为非常适合社会大众的简易运动方式。本设计将计算机软、硬件技术溶为一体，以51单片机作为控制核心，达到对仰卧起坐的自动计数[1]。具体过程包括开始、结束控制，计数值的实时显示，测试结束的提示等。该设计具有结构简单、功能齐全、实用性强等特点。
1 系统总体方案
系统的总体方案是：开始键按下后，先进行3秒倒计时，每秒一次声光提示。然后进行60秒倒计时，在60秒内用两个光电传感器分别检测测试者的躺姿和坐姿，判断做一次仰卧起坐，计数值加1，数码管实时显示该计数值。60秒倒计时到，声光提示，直至清零键按下。复位键可随时终止测试。
2 系统的硬件设计
根据总体方案，本文设计的仰卧起坐计数器硬件包括检测位置信息的光电传感器，实现测试开始、提示复位功能控制模块，数码管显示模块、声光提示模块和计算机控制模块。
2.1 光电传感器
传感器位于信息采集系统之首，信息传输和信息处理之前，是感知、获取和检测的最前端。在工业、国防领域，在生物工程。医疗卫生、家用电器等，传感器的应用已层出不穷[2]。 漫反射式光电开关：它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。
本文利用两个光电开关实现对测试者躺姿和坐姿的检测。当测试者挡住关电开关时，对应的光电开关信号发生改变，把光电开关的信号送至单片机中，通过软件判断，对测试者的运动量进行计数。本设计选用漫反射、NPN常开型光电开关。具体型号可选取上海二开的E3F-DS30C4，工作电压为12~36V，检测距离为0-30cm。为了和单片机电平信号相匹配，可采用光电耦合器TLP521-2进行电平转换。光电开关原理图如图1所示。
蓝 棕 黑
负载
图1 光电开关内部原理
-+
2.2 功能控制模块
该设计中涉及测试开始、提示复位以及系统复位三个功能控制键，如下图2所示。
图2 功能控制键
2.3 数码管显示模块
显示模块采用LED数码管，LED显示具有高亮度、可拼接使用、方便灵活、高效、低耗等优点[3]。LED数码管对测试计数进行实时显示。显示模块如图3所示。
图3 LED数码管
2.4 声光提示模块
该设计是测试60s内的运动量，当60s倒计时到，声光提示。即发光二极管闪烁、蜂鸣器蜂鸣提示。具体如下图4所示。
图4 声光提示接口
2.5 控制模块
控制模块采用AT89C51单片机来实现，AT89C51是美国AMETL公司生产的低电压，高性能8位单片机，AT89C51提供以下功能标准：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O线，2个16位定时器/计数器，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。由于采用C语言编程有一定的基础，并且编程可用Keil C51进行仿真[4]，而且做过多次51单片机试验，所以使用该型号单片机比较熟练。控制模块如图5所示。
图5 控制模块
3 系统的软件设计
软件采用C语言进行编写，主程序流程图如图6所示。
开始 初始化 N 开始键按下否？ Y 3秒倒计时声光提示 60秒倒计时开始 计数开始 计数值送出显示 计时时间到，声光提示 N 清零键按下否？ Y
图6 主程序流程图
软件采用keil C51进行仿真，仿真界面如图7所示。
图7 软件编程器界面
4 系统仿真
Protues是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。②支持主流单片机系统的仿真。③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大[5]。
系统仿真如图8所示。
图8 系统仿真界面
5 结论
本文给出一款基于51单片机的仰卧起坐计数器。光电传感器作为测试者位置的检测装置，极为重要。本文中计数值采用了静态显示，对于一般的两位数可满足显示效果。通过仿真，可见本设计合理可行。但该设计也存在着不足，若计数值达到三位数，便不能完全显示，这种情况下便需采用动态显示。如若制作成产品，仍需改进。总之，本系统集成了传感器、LED数码显示及相关模块。经仿真，实现了设计的目的，具有一定的价值。 [参考文献] (References)
基于单片机的仰卧起坐计数器
