计步器的设计【开题报告】

开题报告

通信工程

计步器的设计

一、课题研究意义及现状

计步器的出现，是由于“健康”在我们的生活中地位的提高，没有健康的身体，一切都将无从谈起。锻炼是保持健康的最佳方式。步行是最简单、方便又廉价的运动形式，这应该是大部分人的最佳选择。四十年前一位日本研究人员吉城旗野提出“日行万步”的运动理念，理念根据为：医学家统计得出，人一天大约要过剩300卡的多余热量，每天步行一万步，就意味着可以把这些过剩热量消耗光。走路时带个计步器，可显示步数、运动时消耗的热量，调节灵敏度的计步器。有了电子计步器，一切都改变了，每天定量记录运动的多少，在闲暇时间适当的步行可以弥补一天运动量的不足。

早期的计步器通常利用摆锤原理做为计步技术，靠人体走路时的晃动使小钢球来回滚动来测量步数的，但是多次试验证明，其产生的误差很大。所以后来就发展到用电子感应和加速计技术，这两种技术和之前的摆锤技术相比更准确，更为重要的是，不必像之前那样计步器需要佩带需要和垂直于地面而一般只能带于皮带上，因靠感应身体的震动而计步，可以更多方向的佩带，特别是加速计，更是可以360度任何方向的运作。所以你可以放在口袋或是挂在脖子上，如果计步器体积够簿小，更是可以放在钱包里面。

电子计步器主要由振动传感器和电子计数器组成。人在步行时重心都要有一点上下移动。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，由电子计数器记录并显示就完成了主要功能，其他的热量消耗，路程换算均由电路完成。

目前的计步器类型很多，计步器的功能不仅仅只是第一代记录行走步数功能，还丰富了很多附加功能，除了计步功能，卡路里，距离，收音机和时间也是计步器通常带有的功能，这些功能都非常普遍。

当然，计步器还有很多方面需要改进，虽然现在的计步器比较第一代的计步器在数值方面已经很精确，可以说趋于完美了，而且也发展了很多功能，大大的提高了计步器的使用价值，但是很大的空间需要我们去发展。例如，在携带方面，虽然计步器已经进步的很小只了，但是会经常忘记携带，所以，可以将计步器安装在我们平时注意力较高的物件上，防止忘记携带，比如安装在手机上，手表上，甚至鞋子上。在衍生功能的卡路里功能方面，也许改进，卡路里值与使用者的体重，步行速度都有关系，所以要向计步器输入体重和速度参数。等等。

通过这一次的设计，明白步数的精确度在计步器这个电子仪器中是最重要的一环，人体行走时的摆动很复杂，很容易造成传感器的误判，例如，弯腰起身此类动作时，计步器则会认为是行走，所以传感器预先值的设定是非常重要的，当然还有其它预先值。明白每一个细小不起眼的值在仪器设计制作过程中都不容忽视，我们需要进行多次试验和计算，以取得最佳值，当然，误差还是存在的。希望将来能设计出更佳方案，传感器更加精确的信息，将误差值降到最低，并且还可以加入多种功能，以满足不同使用者所需，从而提高计步器的使用价值。

二、课题研究的主要内容和预期目标

本课题研究的主要内容是设计一个能记录步数和消耗的卡路里的多功能计步器。

基本目标是：在使用者行走时，通过传感器，能准确感测到步行时产生的震动，同时led能正确显示出要求的数据，包含行走的总步数，距离，消耗的能量。其中，记录步数的最大值为9999，当步数为9999时，可以按清零键对计步器的数据清零，实现循环使用,并且也设暂停键，暂停期间计步器保持显示最后的数据。

在完成基本功能后，可以进一步增加功能，如：在开始计步和结束计步时计步器会发出提示音；每走1000步时，也会发出提示音。

三、课题研究的方法及措施

通过大量阅读和参考各种有关计步器的资料，基本熟悉研究对象的基本方案和具体原理，在熟悉相关内容之后可以着手选择正确的方案，结合相关的理论知识，通过实践摸索，在有了一个比较全面的理论和实际认识之后，确定本设计的方案采用利用人行走时腰部产生的加速度变化以检测步数，主要是通过加速度传感器ADXL202采集加速度信息并将数据送到单片机进行处理，最后单片机控制整个系统的工作并从数据中检测出步数送到LCD进行显示; 外部控制按键进行开关机控制以及功能选择等。如下系统框图所示。

本课题所面临的难点所在为对加速度传感器ADXL202设定它的采样频率和采样带宽，以及软件的程序编写中对加速度峰值的判断门限的选择。在设计过程中可能遇到的问题有：对C8051F005的程序编写不熟悉；采样频率和采样带宽的设定不是最佳值,当采样频率过低时,不能准确反应数据的

变化情况;过高时，则引入很多无用信息；还有就是判断门限的选择，偏高会造成漏选，偏低则会误判导致过多等。

解决的方法首先要学习C8051F005芯片手册及相关实验书籍，对C8051F005有一个相对系统的了解及独立编程。其次是掌握加速度传感器ADXL202的基本工作原理，并且需要将加速度传感器结合在单片机上编写多种基本功能的程序进行实验。

四、课题研究进度计划

毕业设计期限：自2010年10月至2011年5月。

第一阶段（5周）：学习和查找计步器的设计原理以及方案，学习单片机原理，学习PCB板设计和制作的相关理论知识，熟悉相关开发软件以及调试用开发板，完成开题报告、文献综述、外文翻译；

具体安排如下：

第1周：查找相关资料，了解计步器的基本原理以及可能实现的各种功能，并且结合实际，设定出自己可能完成实现的功能。

第2周：查找并学习加速度传感器ADXL202资料，熟悉C8051F005单片机；

第3、4周：完成外文翻译、文献综述、开题报告；

第5周：准备所需元器件以及前期工作总结。

第二阶段（5周）：设计计步器的电路图并制板，焊接和调试所制好的PCB板；同时，编写相关的主控程序，进行系统调试；

第1周：设计计步器的电路模板，并完成焊接及调试；

第2周：编写实现计步，距离，消耗能量功能的主程序；

第3周：结合主程序，编写led显示程序，并调试；

第4周：计步器完整系统调试；

第5周：其他辅助功能扩展，整理资料为后期写论文作准备。

第三阶段（2周）：写论文及其他要求的文档。

五、参考文献

[1] 万光毅，孙九安等. SoC单片机实验、实践与应用设计--基于C8051F系列[M]. 北京：北京航天航空大学出版社，2006，5.

[2] 潘琢金，施国君等. C8051F单片机应用解析[M]. 北京：北京航天航空大学出版社，2002，5.

[3] Silicon Laboratories. C8051F0XX datasheet[M].http：//.

[4] 宋浩然，廖文帅，赵一鸣.基于加速度传感器ADXL330的高精度计步器[J].传感技术学报, 2006,(08):1005-1007.