智能健身倒走仪设计
摘 要本论文前前后后经过了一番努力成功设计了一种智能健身倒走仪系统，能够实现对运动员或者佩戴者身后的障碍物进行准确的距离测量，并且还可以预防碰撞等危险发生，通过发出响亮的报警信号提示倒走运动者注意安全。该系统的完成使用的AT89C51单片机核心架构，通过由下而上的模块化电路设计方案，把智能健身倒走仪控制系统所需要实现的各项功能进行了模块划分，把每一项功能划分为多个硬件子电路，通过对各子电路的构建而且通过专业仪器对其进行功能测试并且进行相连实现整体电路的统一。在软件的设计上，本课题使用的是Keil uVision平台对C语言代码进行了编写而且通过其里面自带的Debug调试模式进行了目标代码的测试。由于目前单片机技术正在完成生活化和普遍化，它已经切切实实的融入到我们的平常生活中，本系统的实现对于这一趋势是含有大幅度的推动作用的。
目录
一、 引言 1
（一） 健身倒走仪的发展背景 1
（二） 健身倒走仪的发展现状 1
（三） 主要主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 51单片机简介 3
（二） HCSR04超声波传感器简介 3
（三） SC8035语音芯片简介 4
（四） LCD1602液晶屏简介 4
（五） 机械按键介绍 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 智能健身倒走仪系统框图设计 6
（二） 最小系统电路设计 6
1. 复位电路配置 6
2. 时钟电路 7
（三） 障碍物探测电路设计 7
（四） 语音提示电路设计 8
（五） LCD1602电路设计 9
（六） 按键电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 主程序流程 11
（二） 障碍物探测流程设计 12
（三） 液晶显示流程设计 12
（四） 语音提示流程设计 13
五、 实物安装 15
总结与展望 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
健身倒走仪的发展背景
智能健身倒走仪控制系统的出现是多种新型科学技术的交汇产物，大规模集成电路技术出现后使得智能健身倒走仪控制系统的发展极为迅速，这类新兴技术使得单位面积的电路板上可以刻刷出更为复杂的线路和更多的元件总数，不但如此，大幅度集成技术使得智能健身倒走仪控制系统的工作稳定效果获得了大幅度的提升。智能健身倒走仪系统的出现是在主控芯片等微处理器设计技术完善与此同时获得大范围应用以后而出现的，其技术实现的并且亦带动了单片机技术的向前发展。所谓的智能健身倒走仪控制系统指得是一种通过微处理器当作主控电路，在硬件上通过各种传感器电路的配置和必要的接口电路的扩展，在软件上通过代码程序的编写而实现的一种智能控制系统。以主控处理器当作主控器件的智能健身倒走仪控制系统具备一项传统系统中所不具有的优秀性能，由于每块单片机芯片都含有独立的烧写程序代码的接口，设计人员可以通过该接口对智能健身倒走仪控制系统里面程序进行持续更新和改进，这就使新型智能健身倒走仪系统可以具有更新特征，使工作性能时刻在可更新的状态，而传统的智能健身倒走仪系统全部是由模拟电路配置实现的，这其中分立式器件居多，万一电路原理设计完成，几乎任何一个模块的参数都不能发生改变，牵一发而动全身是这类传统智能健身倒走仪系统的特点，从而它就没有办法实现频繁的功效更新，通过这能够发现以单片机作为控制器的智能健身倒走仪控制系统把全面取代传统系统的趋势。在智能健身倒走仪控制系统中主控器件的角色处于一个司令部的地位，设计师把经过极大程度优化过的代码烧录到它的芯片中，系统将在程序指令的控制下高效有序的执行各项功效，同时由于新型智能健身倒走仪控制系统中大多数使用的是数字芯片，这种芯片不同于传统的模拟电路，它对温湿度、气压等环境参数的影响含有极大程度的抵抗性，不会随着时间的迁移而电路参数会发生更改，使智能健身倒走仪系统的工作精度和准确度都下降。在此基础上本论文结合了大学期间所学的专业知识并且结合自身对于控制器芯片的设计开发经验，提出构建一款以AT89C51单片机为主控器件的智能智能健身倒走仪控制系统，通过这个系统的构建来对大学期间学习生活进行全面总结。
健身倒走仪的发展现状
根据前不久某份国外杂志刊登的一个报道显示英国肯特大学的设计师实现了一种新型设计并且取得了专利，这款设计和本次论文所研究的智能健身倒走仪系统有些相似，在功效和应用的主要智能传感器上都近乎相似，而他们所取得的成果是把该款智能健身倒走仪系统中的所有传感器和采集电路进行了合并，并且将它的植入到一片芯片中，为此他们还为这块芯片设计了一个高效率的低沉散热技术，通过该技术完美的解决了智能健身倒走仪控制系统在运行过程中的发热问题，在很大程度上延长了芯片的使用寿命。国内现如今对于相关研究所取得的成果主要体现在智能传感器的选材上，工程师称假如要提升智能健身倒走仪系统的功效所需要在它的传感电路方面大做文章，因此他们在相关电路的设计上，将主要研究重心都放在了如何筹划传感电路的设计。
主要主要研究内容
本论文结合了自身在大学期间所学到的单片机知识、模拟电路、数字电路和传感器件等知识，通过软硬件系统的构建和不断修改优化，完成了一款智能健身倒走仪系统，这个系统可以实现高清显示参数、快速检测距离和真人播报。
方案设计及元器件选择
51单片机简介
这个智能健身倒走仪系统的主控核心部分需要一款处理速度非常快与此同时IO管脚较多的控制器芯片来担任，最终决定使用AT89C51单片机来担任本智能健身倒走仪系统的主控核心部分，AT89C51单片机可以使用C语言进行指令编写，与此同时也能够使用非常底层的汇编语言进行编写，而本智能健身倒走仪控制系统采用的是更加上层的C语言来对代码程序进行编写，编译通过的代码将通过串口下载到AT89C51单片机中的FLASH存储器中进行储存。
图1 AT89C51单片机
HCSR04超声波传感器简介
HCSR04超声波传感器的内部电路不只有HCSR04传感器的40kHz振荡器部分，设计者还把晶振、放大器、比较器、发射探头和接收探头等部分进行了植入，使用者在使用的时候只需要进行简单的线路连接就可，乃至无需进行外设模块的配置，HCSR04型号的超声波传感器的主要功能是实现对距离的快速测量，该器件的工作原理为：当单片机发送来启动超声波发送开关信号后，其内部超声波振荡器开始工作，瞬间将超声波电信号通过探头转换成声波向正前方发射，当接收到反射回来的超声波信号后，其中断开关管脚将以纳秒级的反应时间将接收电平送入单片机，HCSR04传感器的主要元件则是其40kHz振荡器部分，在进行HCSR04的使用时需要重视的是需要为超声波传感器配置优良的供电电路，使得传感器不会受到电源杂波的影响，其接口信号是高低电平信号，当ECHO输出低电平时表示已接收到反射回来的超声波。
图2 HCSR04超声波传感器模块
SC8035语音芯片简介
SC8035语音播报芯片的集成度非常高，在出厂前设计厂家已把滤波器、语音数据存储器、数字接口、功率放大器和解码器合成在语音芯片模块里面，使用人员在应用时只需进行简要的系统硬件配置即可实现SC8035芯片的全部功能，本毕业设计拟将使用SC8035语音芯片元件来作为本次论文的语音播报部分
目录
一、 引言 1
（一） 健身倒走仪的发展背景 1
（二） 健身倒走仪的发展现状 1
（三） 主要主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 51单片机简介 3
（二） HCSR04超声波传感器简介 3
（三） SC8035语音芯片简介 4
（四） LCD1602液晶屏简介 4
（五） 机械按键介绍 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 智能健身倒走仪系统框图设计 6
（二） 最小系统电路设计 6
1. 复位电路配置 6
2. 时钟电路 7
（三） 障碍物探测电路设计 7
（四） 语音提示电路设计 8
（五） LCD1602电路设计 9
（六） 按键电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 主程序流程 11
（二） 障碍物探测流程设计 12
（三） 液晶显示流程设计 12
（四） 语音提示流程设计 13
五、 实物安装 15
总结与展望 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
健身倒走仪的发展背景
智能健身倒走仪控制系统的出现是多种新型科学技术的交汇产物，大规模集成电路技术出现后使得智能健身倒走仪控制系统的发展极为迅速，这类新兴技术使得单位面积的电路板上可以刻刷出更为复杂的线路和更多的元件总数，不但如此，大幅度集成技术使得智能健身倒走仪控制系统的工作稳定效果获得了大幅度的提升。智能健身倒走仪系统的出现是在主控芯片等微处理器设计技术完善与此同时获得大范围应用以后而出现的，其技术实现的并且亦带动了单片机技术的向前发展。所谓的智能健身倒走仪控制系统指得是一种通过微处理器当作主控电路，在硬件上通过各种传感器电路的配置和必要的接口电路的扩展，在软件上通过代码程序的编写而实现的一种智能控制系统。以主控处理器当作主控器件的智能健身倒走仪控制系统具备一项传统系统中所不具有的优秀性能，由于每块单片机芯片都含有独立的烧写程序代码的接口，设计人员可以通过该接口对智能健身倒走仪控制系统里面程序进行持续更新和改进，这就使新型智能健身倒走仪系统可以具有更新特征，使工作性能时刻在可更新的状态，而传统的智能健身倒走仪系统全部是由模拟电路配置实现的，这其中分立式器件居多，万一电路原理设计完成，几乎任何一个模块的参数都不能发生改变，牵一发而动全身是这类传统智能健身倒走仪系统的特点，从而它就没有办法实现频繁的功效更新，通过这能够发现以单片机作为控制器的智能健身倒走仪控制系统把全面取代传统系统的趋势。在智能健身倒走仪控制系统中主控器件的角色处于一个司令部的地位，设计师把经过极大程度优化过的代码烧录到它的芯片中，系统将在程序指令的控制下高效有序的执行各项功效，同时由于新型智能健身倒走仪控制系统中大多数使用的是数字芯片，这种芯片不同于传统的模拟电路，它对温湿度、气压等环境参数的影响含有极大程度的抵抗性，不会随着时间的迁移而电路参数会发生更改，使智能健身倒走仪系统的工作精度和准确度都下降。在此基础上本论文结合了大学期间所学的专业知识并且结合自身对于控制器芯片的设计开发经验，提出构建一款以AT89C51单片机为主控器件的智能智能健身倒走仪控制系统，通过这个系统的构建来对大学期间学习生活进行全面总结。
健身倒走仪的发展现状
根据前不久某份国外杂志刊登的一个报道显示英国肯特大学的设计师实现了一种新型设计并且取得了专利，这款设计和本次论文所研究的智能健身倒走仪系统有些相似，在功效和应用的主要智能传感器上都近乎相似，而他们所取得的成果是把该款智能健身倒走仪系统中的所有传感器和采集电路进行了合并，并且将它的植入到一片芯片中，为此他们还为这块芯片设计了一个高效率的低沉散热技术，通过该技术完美的解决了智能健身倒走仪控制系统在运行过程中的发热问题，在很大程度上延长了芯片的使用寿命。国内现如今对于相关研究所取得的成果主要体现在智能传感器的选材上，工程师称假如要提升智能健身倒走仪系统的功效所需要在它的传感电路方面大做文章，因此他们在相关电路的设计上，将主要研究重心都放在了如何筹划传感电路的设计。
主要主要研究内容
本论文结合了自身在大学期间所学到的单片机知识、模拟电路、数字电路和传感器件等知识，通过软硬件系统的构建和不断修改优化，完成了一款智能健身倒走仪系统，这个系统可以实现高清显示参数、快速检测距离和真人播报。
方案设计及元器件选择
51单片机简介
这个智能健身倒走仪系统的主控核心部分需要一款处理速度非常快与此同时IO管脚较多的控制器芯片来担任，最终决定使用AT89C51单片机来担任本智能健身倒走仪系统的主控核心部分，AT89C51单片机可以使用C语言进行指令编写，与此同时也能够使用非常底层的汇编语言进行编写，而本智能健身倒走仪控制系统采用的是更加上层的C语言来对代码程序进行编写，编译通过的代码将通过串口下载到AT89C51单片机中的FLASH存储器中进行储存。
图1 AT89C51单片机
HCSR04超声波传感器简介
HCSR04超声波传感器的内部电路不只有HCSR04传感器的40kHz振荡器部分，设计者还把晶振、放大器、比较器、发射探头和接收探头等部分进行了植入，使用者在使用的时候只需要进行简单的线路连接就可，乃至无需进行外设模块的配置，HCSR04型号的超声波传感器的主要功能是实现对距离的快速测量，该器件的工作原理为：当单片机发送来启动超声波发送开关信号后，其内部超声波振荡器开始工作，瞬间将超声波电信号通过探头转换成声波向正前方发射，当接收到反射回来的超声波信号后，其中断开关管脚将以纳秒级的反应时间将接收电平送入单片机，HCSR04传感器的主要元件则是其40kHz振荡器部分，在进行HCSR04的使用时需要重视的是需要为超声波传感器配置优良的供电电路，使得传感器不会受到电源杂波的影响，其接口信号是高低电平信号，当ECHO输出低电平时表示已接收到反射回来的超声波。
图2 HCSR04超声波传感器模块
SC8035语音芯片简介
SC8035语音播报芯片的集成度非常高，在出厂前设计厂家已把滤波器、语音数据存储器、数字接口、功率放大器和解码器合成在语音芯片模块里面，使用人员在应用时只需进行简要的系统硬件配置即可实现SC8035芯片的全部功能，本毕业设计拟将使用SC8035语音芯片元件来作为本次论文的语音播报部分
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