加速度传感器开题报告

辽宁工程技术大学

本科毕业设计（论文）开 题 报 告

题 目 基于单片机的多功能计步器设计 指 导 教 师 刘 昕 明 院（系、部） 电气与控制工程学院 专 业 班 级 自动化12-2班 学 号 1205010208 姓 名 韩 喜 武 日 期 2016 月3月25

教务处印制

一、选题的目的、意义和研究现状

选题目的： 设计一个多功能计步器。该控制器以单片机为核心，通过传感器对加速度信号的捕捉，信号通过滤波器滤波，由单片机对信号进行采样、转换。从而模拟出人体运动状态通过合理算法数字式输出，制作出显示运动步数、运动路程、运动时间、环境温度、空气质量、步距可调、且带有记忆功能的多功能计步器。 选题意义： 随着社会的发展时代的进步，我们遇到了越来越多关于人体健康的问题，人们不再像以前那样每天付出很大的劳动量，每天仅仅得到很少的运动量，虽然医疗越来越好，但是人均发病率大大提高，使身体的健康受到了极大的威胁。 但是计步器的出现，不但可以使人们对于锻炼身体更有计划性，提高运动兴趣，而且可以合理高效地安排自己的时间，保证每日运动的合理性，使人们告别玻璃体质，摆脱疾病的困扰，给自己给家人更好地保护。 人们健身热潮持续增加，相应类电子产品市场不断扩大，所以计步器的研究将会有巨大商业前景与研究价值。 研究现状： 早期计步器采用机械一维震动传感器，利用机械球的来回运动来控制触点的通断，从而实现对人体运动的模拟检测，但是由于其精度不高逐渐被取代。近年来，出现了三轴加速度传感器，它能够检测人体运动时X\\Y\\Z轴三个方向的加速度分量，精度高，灵敏度好，同时使产品更加轻便，功能更加强大，使得计步器的到迅猛发展，功能能越来越丰富，已经成为国际主流。 目前市场上最普遍的功能以跑步功能，步数计算，路程计算为主，此外还有显示运动时间，修改步数大小，定位，运动速度，能量消耗，设置提醒，收音机，检测温度，空气质量等特色功能。 整体上，计步器正朝着体积微型化，精度高，产品健康安全化，性价比最佳化，功能多元化等方向发展。 二、研究方案及预期结果

设计目标： 希望此款多功能计步器能够有效的检测人体运动信息，显示运动时间，且不运动时时间静止，断点下次继续计算数据防丢，下次运动继续累加。可以显示行走步数和里程数，并且根据运动者实际情况调节每步距离，适应于所有人群，显示运动环境温度、空气质量，让运动者感受到运动环境是否适宜运动，做出更健康合理的安排。设置照明灯满足一些晚间锻炼需求。按键方面可以控制时间清零，步数清零，开始，暂停，调节屏幕亮度，开关照明等等控制，此外还可以设置每天运动计划，设置一定里程数，当达到里程时，系统 会报警提示。 传感器选择： 计步器用来检测步伐涉及传感器主要有机械式振动传感器、压力传感器、及加速度传感器。机械式不够灵敏，不够精确，用起来不方便；压力式设计难度高，价格昂贵；相比之下加速度传感器小巧轻便、功耗极低，可以通过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。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小巧轻薄、超低功耗、精度高、反应速度快等特点；检测温度方面选择DS18B20温度传感器，原理与DS1820相同，它检测到的温度值的位数跟分辨率有关，且温度转换时的延时时间从2s减少到0.75s，灵敏度更高，抗干扰能力强，具有体积小，价格低廉，精度高的特点。 单片机选择： 选择STC89C52，它不但具有传统51单片机的基本功能,低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使得功能更加强大。在其芯片，可直接使用串口下载，8 k 字节程序存储空间，位512字节数据存储空间，内带4K字节EEPROM存储空间 ，且在系统上可编程Flash使得程序在断电情况下不至于数据丢失。此款单片机功能较多，学习比较容易，操作起来比较简单，成功案例较多便于资料获取，便于应用，价格低廉，非常符合设计要求。 方案设计： 该计步器主要由六部分组成，电源通过更加方便可靠的电池盒供电；传感器选用精确度高的ADXL345加速度传感器以及常用的ds18B20温度传感器，运动者运动时会产生加速度变化信息，并检测到环境温度信息，信息经过传感器进行采集，经过处理后传递给单片机芯片，芯片选择方便、经济的STC89C52单片机，将传感器输入数据进行A/D转换后经过算法处理，输出给输出模块。输出部分选用LCD1602显示屏，将单片机输出数据予以显示，要求显示运动时间、所走步数、走过路程、步距大小、环境温度、空气质量。控制部分采用常见的按键模块，设定初期按键有开始键、复位键、清零健也可以调节步距大小，以及控制屏幕亮度健，和夜视照明灯控制键。预警部分由二极管以及蜂鸣器组成，用于显示电路正常运行指示以及设置里程达到设置值的报警功能。 主要特点为：系统精度高、性能强大、使用方便、同时考虑经济性更加划算，系统的整体框图如下所示 系统原理方框图 预期结果： 本设计以单片机为核心的多功能计步器，具有精度高，成本低，功能多，使用方便等特点。如果一切进行顺利的话，在最终产品成功后，能够显示运动时间、运动步数、运动里程、步距大小，环境温度等功能；能够设置每天的运动里程任务量，让自己的运动有计划有规律，让运动更加合理化。能够按键控制计步器的开始、清零、暂停，调节屏幕亮度以应对不同光照看不清屏幕的情况，也能节约能量，控制照明灯开关不惧白天黑夜，随时随地都可锻炼等。同时能够检测环境温度、空气质量，让人们能时刻知道是否适宜运动，更好的维护健康运动。此款多功能计步器，能够更大化提高人们对运动的热情，完成运动者对自己的督促与监督，让运动更加合理，更加方便自由，让身体更加健康，生活更加精彩等效果。 按键电路 传感器 电源 单片机 STC89C52 LCD显示 预警电路

三、研究进度

（1）第 1～4 周： 毕业实习，论文开题报告和实习报告的整理、修改、完善与形成，初步了解课题内容 。 （2）第 4 周： 设计题目定位，通过互联网查阅相关资料以及在学校图书馆查看相关书籍，完成开题报告。 （3）第 5 周： 浏览有关文献，收集相关的资料，理清设计思路，丰富设计内容。 （4）第 6～7 周 ： 认真阅读借阅的图书和上网查找到的资料，学习有关单片机和计步器的课外知识，掌握其相关的原理，并作好笔记。 （5）第 8～10 周： 搜集课题所需器件的资料，进行对比分析 （6）第11～12周： 完成对单片机和传感器等实验相关器件的选择选择与购买。 （7）第 13 周： 软件的应用与程序编写。 （8）第 14 周： 计步器的焊接与调试。 （9）第15～16周 资料整理，交给老师审阅，检查错误，进行最终修改，准备答辩。 （10）第 17 周 进行毕业答辩。