单片机的智能运动手环设计(附件)
近年来，随着智能穿戴设备的盛行，智能运动手环已经从一开始的高不可攀慢慢的盛行为亲民的时尚穿戴设备，技术和应用呈现公开和普遍的趋势。智能手环作为目前备受市场瞩目的科技新宠，其拥有的强大功能正悄无声息地渗透和改变人们的生活。本设计开发了一款基于单片机的智能运动手环系统。该系统以STC89C52单片机作为模块核心，通过三轴加速速度传感器ADXL345以及MAX30100来进行人体运动步数的测量和心率的测量，并通过1602液晶显示比对流程及比对结果，实现每日运动的提醒和人体健康的监护。本系统具有体积小、性价比高、传输速度快、适合个人研究学习使用。关键词 运动手环，单片机，计步
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 1
1.3 工作安排与规划 2
2 方案总体设计于芯片选型 3
2.1 总体设计框架 3
2.2 芯片的选择 4
3 硬件部分 6
3.1 STC89C52的介绍 6
3.2 ADXL345的介绍 7
3.3 MAX30100的介绍 8
3.4 LCD1602的介绍 9
3.5 液晶显示与STC89C52的接口 10
3.6 复位电路 11
3.7 晶振部分 12
3.8 蜂鸣器电路 12
4 软件部分设计 13
4.1 软件主程序设计思路 13
4.2 子程序的实现 14
4.3 通讯方式 17
5 软硬件的调试 19
5.1 软件环境 19
5.2 程序的编译和下载 20
5.3 驱动安装及硬件连接 24
5.4 程序下载以及调试 24
5.5 作品与调试 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 原理图 30
绪论
本课题研究的背景和意义
随着当下经济持续的高速发展，人民生活水平和以往相比有了明显的提高，已经 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
逐步成为社会主力的90后也面临着巨大的压力。每天高强度的工作，工作中复杂的上下级关系，不规律的饮食作息，导致了许多隐形疾病缠身，普遍存在亚健康现象。在生活中，步行作为一种简单有效的锻炼方式已经越来越被90后，00后认同为一种生活方式。在医学上，行走也可以增强人体的心脏造血能力，改善骨质，释放人体紧张不安的情绪。但是，凡事有一个度。如果我们过度追求数量，而忽略了自身能成承受的极限，并且没有把握好步行的方法和要领，反而不能达到健身的效果。因此，为了我们在日常生活中达到一个良好的健身效果，我们需要运动手环来为我们做一个监测，藉此，达到一个健身与健康的平衡。
从最开始的2D 机械计步器，然后发展到以加速度传感器为核心的的高度集成化的智能运动手环，计步器的精度大幅提高，体积大幅缩小，用户体验也逐渐优化[3]。在智能运动手环的众多监测功能中，最为核心和重要的也就是运动监测。将用户每天的步数，总公里数，达标天数等信息显示在手机上，用户通过手机充分了解自己的运动状态。有了这些数据，作为用户我们可以结合自身的特点，来制定一个详细而可行的计划。更有甚者，可以通过算法，将每日的卡路里消耗计算出，更进一步的细化运动，强健自身。
实现计步的基本原理就是利用3轴加速度重力传感器获取运动状态，通过一系列的软件运算将得到的模拟量值转变为我们所需的数字量。一般是通过引入体重这个量，来完成克服重力做功和惯性的计算[6]。同时我们需要设定一个初始值作为判定依据，当我们在实际的摆臂过程中，检测到的加速度大于我们给定的初始值[15]，就可以算作一次步数，然后进行多次累计。还有一些更为丰富的功能就会通过光学传感器检测血液流动时造成的密度的变化，从而引起透光率的变化，利用单片机采集到这种模拟量然后通过AD转化以及一系列的算法可以计算出我们在运动过程中的心率，从而达到监护人体健康的目的。
研究现状和发展趋势
目前在国内比较火爆的的智能手环有小米手环，埃微手环、魅族手环等[7]，其功能大多是进行人体体征的监测以及使用蓝牙通讯手段创建社区进行交流。作为运动手环，对人体的监控中最主要的也就就是一个计步的功能。这项功能也是依靠三轴加速度重力传感器来实现的就拿最近是市场上最为火爆的性价比之王——小米手环来说。它内置的就是一颗强悍的军用级的三轴加速度传感器ADXL362[13]，选用这种精确度极高的传感器就很好的体现的这枚智能运动手环的精度和市场定位。简单介绍一下三轴加速度重力传感器的工作原理。三轴加速度传感器值得就是在空间X、Y、Z上捕捉人体的加速度的变化。有了这样一个数据量后，再辅以精确的算法，我们就可以通过一系列数字信号的处理，再加上其他计算，可以呈现给我们第三方应用上可见的数据，比如：步数，里程数，达标天数。还有一项配合计步的功能就是心率监测，这是基于光学传感器来检测的。通过探测心脏供血时血液透光率[10]的变化来达到一个监测的目的。还有一些比如睡眠监测，GPS定位，蓝牙通话的功能也是各个厂商为了打出自己的市场做出的新型功能[1]。
和国内的产品相比，国外在智能手环市场研发的更早，而且受众更为专业化，很多酷爱健身的群众都会选用，然后检测自身卡路里消耗，并对运动时自身心率做监测。国外更偏向于监测身体的数据，达到一个提前预警的功效[4]。当然，和国外产品相比，国内的智能运动手环不论是在硬件上还是算法上还是又很大的差距的，最明显就体现在价格上。未来的智能运动手环的发展显然时向更为智能的方向发展。既能为老年人监测身体健康水平，也能为酷爱运动的年轻人更好的监测在运动是身体的变化，还可以加入一些提醒功能，比如手机来电，短信提醒。还有一个我个人比较推崇的功能就是与智慧城市的结合。为我们日常出行在交通和城市消费时提供便利。可以利用手环来刷公交，地铁，以及我们在便利店的小额支付。在数字化高度发展的当今社会我们可以利用科技为我们的生活提供更多的便利智能运动手环也将向智能手环发展，在生活中，充当越来越重要的角色。
工作安排与规划
本文在参考一些国内外文献的基础上，主要围绕基于51单片机的智能运动手环的结构、实现原理进行深入探讨。仔细学习了智能运动手环系统各个部分具体的内容和逻辑。具体安排分为下面几个部分：
（1）绪论，主要简单介绍了目前对智能运动手环的研究背景和意义，并对于国内外智能运动手环的发展现状和未来发展趋势展开讨论。紧接着，论述了论文工作的相关安排。
（2）拟定智能运动手环的方案设计和芯片的选型，分析抽象基本功能部分，并且介绍了智能运动手环实现的功能和使用方法。
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 1
1.3 工作安排与规划 2
2 方案总体设计于芯片选型 3
2.1 总体设计框架 3
2.2 芯片的选择 4
3 硬件部分 6
3.1 STC89C52的介绍 6
3.2 ADXL345的介绍 7
3.3 MAX30100的介绍 8
3.4 LCD1602的介绍 9
3.5 液晶显示与STC89C52的接口 10
3.6 复位电路 11
3.7 晶振部分 12
3.8 蜂鸣器电路 12
4 软件部分设计 13
4.1 软件主程序设计思路 13
4.2 子程序的实现 14
4.3 通讯方式 17
5 软硬件的调试 19
5.1 软件环境 19
5.2 程序的编译和下载 20
5.3 驱动安装及硬件连接 24
5.4 程序下载以及调试 24
5.5 作品与调试 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 原理图 30
绪论
本课题研究的背景和意义
随着当下经济持续的高速发展，人民生活水平和以往相比有了明显的提高，已经 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
逐步成为社会主力的90后也面临着巨大的压力。每天高强度的工作，工作中复杂的上下级关系，不规律的饮食作息，导致了许多隐形疾病缠身，普遍存在亚健康现象。在生活中，步行作为一种简单有效的锻炼方式已经越来越被90后，00后认同为一种生活方式。在医学上，行走也可以增强人体的心脏造血能力，改善骨质，释放人体紧张不安的情绪。但是，凡事有一个度。如果我们过度追求数量，而忽略了自身能成承受的极限，并且没有把握好步行的方法和要领，反而不能达到健身的效果。因此，为了我们在日常生活中达到一个良好的健身效果，我们需要运动手环来为我们做一个监测，藉此，达到一个健身与健康的平衡。
从最开始的2D 机械计步器，然后发展到以加速度传感器为核心的的高度集成化的智能运动手环，计步器的精度大幅提高，体积大幅缩小，用户体验也逐渐优化[3]。在智能运动手环的众多监测功能中，最为核心和重要的也就是运动监测。将用户每天的步数，总公里数，达标天数等信息显示在手机上，用户通过手机充分了解自己的运动状态。有了这些数据，作为用户我们可以结合自身的特点，来制定一个详细而可行的计划。更有甚者，可以通过算法，将每日的卡路里消耗计算出，更进一步的细化运动，强健自身。
实现计步的基本原理就是利用3轴加速度重力传感器获取运动状态，通过一系列的软件运算将得到的模拟量值转变为我们所需的数字量。一般是通过引入体重这个量，来完成克服重力做功和惯性的计算[6]。同时我们需要设定一个初始值作为判定依据，当我们在实际的摆臂过程中，检测到的加速度大于我们给定的初始值[15]，就可以算作一次步数，然后进行多次累计。还有一些更为丰富的功能就会通过光学传感器检测血液流动时造成的密度的变化，从而引起透光率的变化，利用单片机采集到这种模拟量然后通过AD转化以及一系列的算法可以计算出我们在运动过程中的心率，从而达到监护人体健康的目的。
研究现状和发展趋势
目前在国内比较火爆的的智能手环有小米手环，埃微手环、魅族手环等[7]，其功能大多是进行人体体征的监测以及使用蓝牙通讯手段创建社区进行交流。作为运动手环，对人体的监控中最主要的也就就是一个计步的功能。这项功能也是依靠三轴加速度重力传感器来实现的就拿最近是市场上最为火爆的性价比之王——小米手环来说。它内置的就是一颗强悍的军用级的三轴加速度传感器ADXL362[13]，选用这种精确度极高的传感器就很好的体现的这枚智能运动手环的精度和市场定位。简单介绍一下三轴加速度重力传感器的工作原理。三轴加速度传感器值得就是在空间X、Y、Z上捕捉人体的加速度的变化。有了这样一个数据量后，再辅以精确的算法，我们就可以通过一系列数字信号的处理，再加上其他计算，可以呈现给我们第三方应用上可见的数据，比如：步数，里程数，达标天数。还有一项配合计步的功能就是心率监测，这是基于光学传感器来检测的。通过探测心脏供血时血液透光率[10]的变化来达到一个监测的目的。还有一些比如睡眠监测，GPS定位，蓝牙通话的功能也是各个厂商为了打出自己的市场做出的新型功能[1]。
和国内的产品相比，国外在智能手环市场研发的更早，而且受众更为专业化，很多酷爱健身的群众都会选用，然后检测自身卡路里消耗，并对运动时自身心率做监测。国外更偏向于监测身体的数据，达到一个提前预警的功效[4]。当然，和国外产品相比，国内的智能运动手环不论是在硬件上还是算法上还是又很大的差距的，最明显就体现在价格上。未来的智能运动手环的发展显然时向更为智能的方向发展。既能为老年人监测身体健康水平，也能为酷爱运动的年轻人更好的监测在运动是身体的变化，还可以加入一些提醒功能，比如手机来电，短信提醒。还有一个我个人比较推崇的功能就是与智慧城市的结合。为我们日常出行在交通和城市消费时提供便利。可以利用手环来刷公交，地铁，以及我们在便利店的小额支付。在数字化高度发展的当今社会我们可以利用科技为我们的生活提供更多的便利智能运动手环也将向智能手环发展，在生活中，充当越来越重要的角色。
工作安排与规划
本文在参考一些国内外文献的基础上，主要围绕基于51单片机的智能运动手环的结构、实现原理进行深入探讨。仔细学习了智能运动手环系统各个部分具体的内容和逻辑。具体安排分为下面几个部分：
（1）绪论，主要简单介绍了目前对智能运动手环的研究背景和意义，并对于国内外智能运动手环的发展现状和未来发展趋势展开讨论。紧接着，论述了论文工作的相关安排。
（2）拟定智能运动手环的方案设计和芯片的选型，分析抽象基本功能部分，并且介绍了智能运动手环实现的功能和使用方法。
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