论文总字数：14814字

摘 要

计步器作为用来监控日常锻炼的一种简便易用的电器设备，在人们日常生活中很受欢迎，计步器通过行走锻炼时随身计步，鼓励人们尽可能的通过行走消耗体内多余能量，达到瘦身和增强体质的目的。早期的计步器只能简单计数，在设计中依靠机械装置达到检测步伐的目的，当人们行走时会产生晃动，机械式计步器内设了一个摆锤跟随晃动敲击挡块，人们可以听到里面有金属球来回滑动的声音。计步器的主要作用原理是通过计算人的运动量的大小来得出人身体的健康状况，人身体运动表现为很多不同的特征，与传统计步器采用机械式传感方式不同，ADXL345计步器的设计采用了电传感的方式，通过电传感获取人体运动产生的信号来计步，使用起来更加方便准确。低通滤波器滤波对信号进行滤波后，再由设置在单片机内的A／D转换器捕获典型信号，最终实现A／D的转换。控制软件计步时采用自适应算法来进行计算，能显著降低错误统计率，精确性更强。计步情况通过STC89C52液晶显示器显示，并可对步距和散步里程进行精确设置。达到一定距离后发出报警提示，整机工作电流只有1-1.5mA，实现超低功耗。

关键词：计步器;加速度传感器;ADXL345; GPS

Design of pedometer-based microcontrollers

Abstract

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; GPS

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景、目的及意义 1

1.2 论文研究的内容 1

1.3 研究现状 2

1.4 内容安排 2

第二章 方案设计及选择 3

2.1 总体方案 3

2.2 传感器的选择 4

2.3 主控制器的选择 4

2.4 显示屏选择 5

2.5 通信方式的选择

第三章 系统硬件电路设计 8

3.1STC89C52单片机最小系统 8

3.1.1 电源电路 8

3.1.2 时钟电路 8

3.1.3 复位电路 9

3.1.4 蓝牙串口模块

3.2 按键电路 10

3.3 液晶显示器电路 11

3.4 GPS模块电路 12

第四章 系统软件设计 14

4.1 概述 14

4.2 下位机编程设计 14

4.2.1总体设计

4.2.2 LCD12864显示的编程设计

4.2.3 按键编程设计

4.2.4串口通信设计

4.3 上位机编程设计 16

4.3.1 总体设计 16

4.3.2 串口通信设计 20

第五章 系统的综合调试与功能演示 24

5.1 硬件调试 24

5.1.1 单片机最小系统调试 24

5.1.2 按键电路调试 26

5.1.3 LCD12864调试

5.2 软件调试 28

5.2.1上位机软件调试

5,2,2 下位机软件调试

5.3 串口通信调试

5.3.1上位机串口通信调试

5.3.2下位机串口通信调试

5.4总体调试及功能演示

第六章 总结与展望 30

参考文献 31

致 谢 32

附录一：硬件原理图 33

附录二：实物功能演示 34

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

文艺复兴时的意大利著名画家达芬奇最早提出了计步器的设计概念，但当今存世最早的计步器是1667年生产的，这距离达芬奇提出计步器概念已经过去了150年之久。从中世纪提出概念一直到近代以来，计步器一直没有得到普遍的接受，也远远没有达到被人们熟知的程度，这是因为计步器的功效不为人知的缘故。简单来说，计步器主要作用是来统计行走的步数，在体育运动中被广泛用于记录数据的分析。最早的计步器根据钟摆原理，通过人体行走时的晃动，带动钟摆左右摆动敲响挡块，达到简单的计数目的。这种古老的机械式计步器早已被历史淘汰，当今使用的计步器都是电子式的。

适当的行走对人的身体健康能起到很大的促进作用，当今社会，人们的饮食结构中高能量食品逐渐占据主体，随着交通方式的现代化以及人们办公方式的自动化，身体活动的机会越来越少，肥胖、高血压、心脑血管疾病的发生率也越来越高，典型的如中青年白领人士，工作忙、应酬多，高热量、高脂肪食物摄入过量，工作中多熬夜、运动少、压力大，从而造成脂肪在身体内过量储存，无法合理消耗。如何通过合理运动消耗剩余脂肪，日益受到人们的关注。医学指出。通过适当步行消耗能量代谢脂肪，目前是被被认为是最有效的锻炼方式之一。临床医学表明，每周坚持3～5次、每次30分钟左右的快步行走不仅可以减掉身体上多余的脂肪，还可以预防因运动不足导致的缺血性心脏病，有效预防和改善高血压、高血脂疾病。虽然适当步行可以消耗脂肪，但如果想有效的消耗热量，必须控制好行走的速度和时间。如果在行走中靠自己计数统计步数，并不能得出步行距离和强度的有效数据，如果采取不科学的行走锻炼方式，对人的身体健康不会起到任何促进作用。近年来，电子计步器以其“教练式”的健康计步管理方式，在欧美日发达国家广受追捧。在行走锻炼时通过携带电子计步器，它能通过对行走的步数和时间进行精确统计，适时分析出步行中能量消耗数量，让锻炼者精确掌握自身身体状况，从而采取适合自己的行走方式，有效的管控自己的步行效果，达到消耗掉多余脂肪，化解各类潜在的健康风险的目的，能让锻炼者在锻炼时充满信心，同时也更为轻松便捷。

1.2 论文研究的内容

本文的主要研究内容是计步器步行管理系统。该系统主控制器以STC89C52单片机为基础。一方面，通过倾角传感器的运用，从而实现计步功能；另一方面，对各个模块的硬件电路进行分析，并绘制相应的原理图。另外，还对上位机与单片机的串口通信进行了分析。

1.3 研究现状

通过调查发现，计步器的工作原理主要有机械式和电子式两种，机械式计步器主要是利用人行走震动，在计步器内设置弹力小球或簧片来接受震动信号，进而产生电子脉冲信号，计步器的计步功能是通过内处理器接受电子脉冲信号来实现的。虽然这种方式成本比较低，但是准确度和灵敏度也很低。 ADXL345采用的是三轴电子加速度传感器，对人行走时的产生的加速信号测评的更加精准，并通过自适应算法进行计算，计算方法更加迅捷准确，这种电子计步器与机械式相比能耗更低，而灵敏度和精确度更高。

传感器是电子式计步器的神经中枢，通常说来，根据传感器的差异，可以把计步器分为2D和3D两种类型。如果按计步器的功能来分，则又可分为手表计步器，测脂计步器，单步计步器等不同种类。早期的2D计步器利用平衡锤在振动时破坏平衡的触点不断出现通/断的现象来记录显示步行情况，实现了计步功能，最后由电路完成步行路程的解算，这种计步器是典型的机械式计步器。这种2D计步器对佩戴要求比较严格，否则无法感受到人体的震动，而且存在记录数据误差偏大的缺点，所以售价也比较低。目前，3D计步器已经成为市场营销的主流。3D计步器对人体震动的感应是全方位的，所以佩戴要求较低，只要随身携带就可以计步。不管那种电子计步器，录入使用者个人信息是其正产使用的必要前提。计步器与计步软件不同，计步器的精确性要远远高于计步软件。通常录入的使用者个人信息中，体重与步距是最基本的数据。体重是测算卡路里消耗的重要依据；步距可以用来计算步行强度和距离。而一般的计步软件只能简单统计行程的步数，步行消耗的能量是无法测算的，因为没有步行者的步距，所以步行的速度和距离以及时间等数据的统计也是极不准确的，无法对步行者的运动量做出科学的分析。2D 计步器只能存储一组步数，距离，卡路里数据，用户可以复位清除记忆中的数据并重新计步。3D 计步器可以按日期存储多天的步数，距离，卡路里，时间等数据。计步器具有自动统计功能，每天0点将当天记录数据自动归零。

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