3D計(jì)步器的設(shè)計(jì)論文下載

ID:191964 · 發(fā)表于 2017-4-21 11:07

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3D計(jì)步器的設(shè)計(jì).docx (72.79 KB, 下載次數(shù): 16)

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1人體跳躍模型
人體跳躍時(shí)的行為可以通過(guò)很多參數(shù)來(lái)描述，但不同的參數(shù)反映著不同的方面，本文主要是測(cè)量人跳躍次數(shù)，以達(dá)到及時(shí)了解自己每日跳躍次數(shù)及運(yùn)動(dòng)量并進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)和鍛煉的目的，人跳躍的行為可以通過(guò)距離、速度、加速度等參數(shù)來(lái)描述，不同的參數(shù)有著不同的精確度，通過(guò)檢測(cè)人跳躍時(shí)的加速度信號(hào)可以有效的獲得步數(shù)信息。而人跳躍時(shí)在水平前向、側(cè)向和垂直方向上都有加速度，如下圖所示：

圖1 人體跳躍模擬圖
2 MMA7260結(jié)構(gòu)與原理
本設(shè)計(jì)采用MMA7260來(lái)測(cè)量人體跳躍時(shí)的三維加速度信號(hào)。MMA7260是美國(guó)Freescale公司的一款低成本單芯片三軸高靈敏度加速度傳感器，是一種電容式的加速度傳感器，融合了信號(hào)調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù)，并且具有4種不同的高靈敏度選擇模式，MMA7260的功能如下圖所示，X、Y、Z三個(gè)相互垂直方

向上的加速度有G-Cell傳感器單元感知，經(jīng)過(guò)容壓變換器、增益放大、濾波器和溫度補(bǔ)償后以電壓信號(hào)輸出。
圖 2 MMA7260功能框圖
3 LCD（JHD12864F）功能結(jié)構(gòu)
JHD12864F是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示。
4 硬件設(shè)計(jì)
電子計(jì)步器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如下：它由傳感器檢測(cè)模塊和單片機(jī)控制模塊組成。

圖 3 MMA7260的輸出管腳圖
傳感器模塊是由MMA7260來(lái)對(duì)人體跳躍時(shí)的加速度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，其XYZ軸分別對(duì)人體跳躍時(shí)在水平前向、側(cè)向和垂直方向上產(chǎn)生的加速度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，能夠提高對(duì)人體行走時(shí)加速度信號(hào)的測(cè)量精度，另外可以在此模擬輸出腳上接上電容和電阻形成低通濾波器對(duì)高頻噪音和干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，從而減小測(cè)量誤差。

控制模塊主要對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行讀取和顯示步數(shù)信息。ATmega單片機(jī)的PA0～PA2分別于MMA7260的三軸XYZ輸出端口相連接(如上圖所示)，對(duì)傳感器檢測(cè)到的加速度信號(hào)進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)微控制器相關(guān)算法得出人體跳躍時(shí)的步數(shù)，并將該步數(shù)信號(hào)通過(guò)LCD液晶顯示屏進(jìn)行顯示，同時(shí)可通過(guò)按鍵對(duì)LCD進(jìn)行顯示、關(guān)閉和清零等操作。相關(guān)圖如下：
圖 4 單片機(jī)與LCD接線圖
5 軟件設(shè)計(jì)
在獲取加速度信號(hào)時(shí)，采樣頻率的選擇很重要。采樣頻率過(guò)低，不能準(zhǔn)確反映數(shù)據(jù)變化的情況。采樣頻率過(guò)高，則會(huì)引入很多無(wú)關(guān)的信息，增加了系統(tǒng)的運(yùn)算量，影響反應(yīng)速度。需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的采樣頻率。而人體跳躍時(shí)的頻率一般為110步/每分鐘(即1.8Hz)，跑步時(shí)也不超過(guò)5Hz，本設(shè)計(jì)設(shè)定采樣頻率為10Hz。相關(guān)流程圖：

3D計(jì)步器部分程序

#include "reg51.h"
#include "intrins.h"
#include <math.h>
#include <stdio.h>
#define FOSC 18432000L
#define FOSC 11059200L //晶振 11.0592M
#define BAUD 9600 typedef unsigned char BYTE; typedef unsigned int WORD;
#define uchar unsigned char uint unsigned int
/*Declare SFR associated with the ADC */
sfr AUXR1 = 0XA2; sfr ADC_CONTR = 0xBC; //ADC control register sfr ADC_RES = 0xBD; //ADC high 8-bit result register sfr ADC_RESL = 0xBE;
sfr ADC_LOW2 = 0xBE; //ADC low 2-bit result register
sfr P1ASF = 0x9D; //P1 secondary function control register /*Define ADC operation const for ADC_CONTR*/
#define ADC_POWER 0x80 //ADC power control bit
#define ADC_FLAG 0x10 //ADC complete flag
#define ADC_START 0x08 //ADC start control bit
#define ADC_SPEEDLL 0x00 //420 clocks
#define ADC_SPEEDL 0x20 //280 clocks
#define ADC_SPEEDH 0x40 //140 clocks #define ADC_SPEEDHH 0x60 //70 clocks void InitUart();
void InitADC();
void SendData(BYTE dat);
int GetADCResult(BYTE ch);
void Delay(WORD n);
uchar ge,shi,bai,qian,wan;
Voidconversion(uint temp_data) { wan=temp_data/10000+0x30 ; temp_data=temp_data%10000; qian=temp_data/1000+0x30 ; temp_data=temp_data%1000; bai=temp_data/100+0x30 ; temp_data=temp_data%100; shi=temp_data/10+0x30 ; temp_data=temp_data%10; ge=temp_data+0x30; }
//顯示變量
//取余運(yùn)算 //取余運(yùn)算 //取余運(yùn)算 //取余運(yùn)算
/*---------------------------Get ADC result ----------------------------*/
int GetADCResult(BYTE ch) { int AD10bitResult; ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ch | ADC_START; _nop_(); //Must wait before inquiry _nop_(); _nop_(); _nop_();
while (!(ADC_CONTR & ADC_FLAG));//Wait complete
flag ADC_CONTR &= ~ADC_FLAG; //Close ADC AD10bitResult=ADC_RES;
AD10bitResult<<=8; AD10bitResult|=ADC_RESL; return AD10bitResult;
//Return 10BIT ADC result
} /*---------------------------Initial UART ----------------------------*/ void InitUart() { SCON = 0x5a; //8 bit data ,no parity bit TMOD = 0x20; //T1 as 8-bit auto reload TH1 = TL1 = -(FOSC/12/32/BAUD); //Set Uart baudrate TR1 = 1; //T1 start running }
/*---------------------------Initial ADC sfr ----------------------------*/ void InitADC() { P1ASF = 0xff;
//Open 8 channels ADC function
AUXR1=AUXR1|0X04; //ad 值左對(duì)齊
ADC_RES = 0; //Clear previous result
ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL; Delay(2); //ADC power-on and delay } /*---------------------------Send one byte data to PC Input: dat (UART data) Output:----------------------------*/
void SendData(BYTE dat) { while (!TI); TI = 0; SBUF = dat; } /*---------------------------Software delay function ----------------------------*/
void Delay(WORD n) { WORD x; while (n--) { x = 5000; while (x--); } } //***************************************************************************** * void main()
//Wait for the previous data is sent //Clear TI flag //Send current data
{
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