全数字式电子运动计步器的设计
目录
引言 1
一、方案设计及选择 2
（一）计步器简介 2
（二）设计要求 2
（三）传感器选型 2
（四）芯片选型 3
（五）系统的总体设计 4
二、系统的硬件设计 4
（一）微处理器电路模块 4
（二）计步器传感器采集模块 5
（三）显示模块 7
三、测试及分析 8
（一）系统调试及功能 8
（二）系统的测试 8
总结 9
参考文献 10
谢辞 11
引言
了解自己每天运动的步数及所消耗的卡路里。对于许多喜欢运动的人来说，每天步行、跑步或是健走都成为了习惯，但对于一天的运动量与消耗的卡路里都不了解。而只要你带上3D感应电子计步器，它就能显示你每天所走的步数与消耗的卡路里，让运动更直观。
电子计步器有利于监督每天的运动，养成日行万步的习惯。一项科学研究显示，如果人们在锻炼的时候使用计步器，每天会促使我们多走2000多步，与此同时，会促使我们的血压下降更多，体重也会相应减轻。使用计步器能激发参加锻炼的人的动力和热情。越是惯于久坐不爱运动，宅居的人，计步器对他们的帮助就越大。计步器并不是什么神奇的东西，它只是对懒惰，没有激情的许多朋友起到了监督和催化剂的作用，让你养成每日行走10000步的健康好习惯。
有电子计步器利于调控运动计划。电子计步器就是有一个量化的指标，通过步数、距离、时间、速度等数据，可以测算出你运动消耗的卡路里与热量，从而掌握运动量。虽然运动有益健康，但是适合自己运动的量才是最佳的运动状态。如果你运动不足，也许起到安慰的作用；如果运动过量的话，可能会带来疲劳或伤害，运动效果下降。所以电子计步器能有效的监控你每天步行的步数，有利于调控你的运动计划。
一、方案设计及选择
（一）计步器简介
计步器最早是由意大利的伦纳德达芬奇酝酿的，但现存的最早的计步器 是在达芬奇之后150年，即德国1667年制作的。 日本最早的计步器是由Gcn．naiHiraga在1755年制作的。在中世纪和近代，计步器并未被广泛使用，因为人们并不清楚
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运动效果下降。所以电子计步器能有效的监控你每天步行的步数，有利于调控你的运动计划。
一、方案设计及选择
（一）计步器简介
计步器最早是由意大利的伦纳德达芬奇酝酿的，但现存的最早的计步器 是在达芬奇之后150年，即德国1667年制作的。 日本最早的计步器是由Gcn．naiHiraga在1755年制作的。在中世纪和近代，计步器并未被广泛使用，因为人们并不清楚它的用途。这说明机器的发明(硬件)不及找到它对人类的用途(软件)重要。在日本，计步器已经使用了40多年，主要用于体育运动和分析记录行走步调。1965年，计步器正式进入日本商用市场，并被命名为manpo-meter（manpo的日语含义是10000步）。这是的计步器通常利用摆钟原理作为记步技术，利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器。如果晃动这些装置，就可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆钟左右摆动敲响当块。 这种机械式的计步器早已淡出历史，取而代之的是电子式的计步器。
（二）设计要求
(1)能够有效的检测人体步行动作。
(2)能够显示并且记录单位时间内的步数。
(3)使用单片机技术处理数据。
（三）传感器选型
方案一：选择机械式振动传感器
机械式振动传感器内部有一个平衡锤，当传感器振动时，平衡被破坏，如此会造成上下触点的通断。佩戴者在跑步过程中，身体起伏重心高低产生变化，计步器内部的振动传感器就会将这一变化转换为数字量送至控制单元，从而获得佩戴者的运动信息。机械式振动传感器原理简单、精度和成本低，适用于振幅较大的场合。
方案二：选择加速度传感器
三轴加速度传感器分为压阻式，压电式和电容式。加速度的变化能够改变电阻、电压或者电容的变化，从而获得空间位置三个垂直方向的加速度分量。佩戴者在跑步过程中，身体上下起伏，计步器内部的微控制器读取三轴加速度传感器的三组模拟量，通过计步算法分析，获取运动信息。三轴加速度传感器具有精度高、反应速度快、通讯协议简单可靠等特点，广泛使用于汽车、数码产品、航天设备等领域。两种传感器对比如表1-1所。
方案三：选择压力传感器
压力传感器是将压力的变化转化为电压的变化。利用这一特性，可将压力传感器内置在鞋的底部，当用户在行进过程中，压力传感器受到的压力不同（抬脚时脚对鞋无压力，放脚时脚对鞋有持续压力），这样，计步器的主控单元读取压力值，经过计步算法即可判断运动状态。
表1-1 传感器对比
类型
机械式振动传感器
加速度传感器
工作电流
5mA
30
工作精度
0.1g
0.002g
价格（元）
1.0元
5.0元
目前内置于鞋底的压力传感器属于柔性传感器。在2008年北京奥运会上曾将它用于检测运动员的蹬地力、蹬地时间、足底接触形状、运动速度、离心力等信息，以便指导运动员取得更好的成绩。这种传感器价格昂贵，设计难度较大，不适合本设计。机械设振动传感器应用于早期的计步器，测量精度低，误判、漏判严重，不符合本课题高精度的设计原则。随着加速度传感器的工艺逐渐成熟，测量精度也逐渐提高，功耗已达到微安级别，随着市场的大量使用，价格也降了下来，非常符合本课题的设计理念。表1-2列出了不同型号的三轴加速度传感器的特性。
表1-2 加速度传感器对比
加速度计
引言 1
一、方案设计及选择 2
（一）计步器简介 2
（二）设计要求 2
（三）传感器选型 2
（四）芯片选型 3
（五）系统的总体设计 4
二、系统的硬件设计 4
（一）微处理器电路模块 4
（二）计步器传感器采集模块 5
（三）显示模块 7
三、测试及分析 8
（一）系统调试及功能 8
（二）系统的测试 8
总结 9
参考文献 10
谢辞 11
引言
了解自己每天运动的步数及所消耗的卡路里。对于许多喜欢运动的人来说，每天步行、跑步或是健走都成为了习惯，但对于一天的运动量与消耗的卡路里都不了解。而只要你带上3D感应电子计步器，它就能显示你每天所走的步数与消耗的卡路里，让运动更直观。
电子计步器有利于监督每天的运动，养成日行万步的习惯。一项科学研究显示，如果人们在锻炼的时候使用计步器，每天会促使我们多走2000多步，与此同时，会促使我们的血压下降更多，体重也会相应减轻。使用计步器能激发参加锻炼的人的动力和热情。越是惯于久坐不爱运动，宅居的人，计步器对他们的帮助就越大。计步器并不是什么神奇的东西，它只是对懒惰，没有激情的许多朋友起到了监督和催化剂的作用，让你养成每日行走10000步的健康好习惯。
有电子计步器利于调控运动计划。电子计步器就是有一个量化的指标，通过步数、距离、时间、速度等数据，可以测算出你运动消耗的卡路里与热量，从而掌握运动量。虽然运动有益健康，但是适合自己运动的量才是最佳的运动状态。如果你运动不足，也许起到安慰的作用；如果运动过量的话，可能会带来疲劳或伤害，运动效果下降。所以电子计步器能有效的监控你每天步行的步数，有利于调控你的运动计划。
一、方案设计及选择
（一）计步器简介
计步器最早是由意大利的伦纳德达芬奇酝酿的，但现存的最早的计步器 是在达芬奇之后150年，即德国1667年制作的。 日本最早的计步器是由Gcn．naiHiraga在1755年制作的。在中世纪和近代，计步器并未被广泛使用，因为人们并不清楚
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
运动效果下降。所以电子计步器能有效的监控你每天步行的步数，有利于调控你的运动计划。
一、方案设计及选择
（一）计步器简介
计步器最早是由意大利的伦纳德达芬奇酝酿的，但现存的最早的计步器 是在达芬奇之后150年，即德国1667年制作的。 日本最早的计步器是由Gcn．naiHiraga在1755年制作的。在中世纪和近代，计步器并未被广泛使用，因为人们并不清楚它的用途。这说明机器的发明(硬件)不及找到它对人类的用途(软件)重要。在日本，计步器已经使用了40多年，主要用于体育运动和分析记录行走步调。1965年，计步器正式进入日本商用市场，并被命名为manpo-meter（manpo的日语含义是10000步）。这是的计步器通常利用摆钟原理作为记步技术，利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器。如果晃动这些装置，就可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆钟左右摆动敲响当块。 这种机械式的计步器早已淡出历史，取而代之的是电子式的计步器。
（二）设计要求
(1)能够有效的检测人体步行动作。
(2)能够显示并且记录单位时间内的步数。
(3)使用单片机技术处理数据。
（三）传感器选型
方案一：选择机械式振动传感器
机械式振动传感器内部有一个平衡锤，当传感器振动时，平衡被破坏，如此会造成上下触点的通断。佩戴者在跑步过程中，身体起伏重心高低产生变化，计步器内部的振动传感器就会将这一变化转换为数字量送至控制单元，从而获得佩戴者的运动信息。机械式振动传感器原理简单、精度和成本低，适用于振幅较大的场合。
方案二：选择加速度传感器
三轴加速度传感器分为压阻式，压电式和电容式。加速度的变化能够改变电阻、电压或者电容的变化，从而获得空间位置三个垂直方向的加速度分量。佩戴者在跑步过程中，身体上下起伏，计步器内部的微控制器读取三轴加速度传感器的三组模拟量，通过计步算法分析，获取运动信息。三轴加速度传感器具有精度高、反应速度快、通讯协议简单可靠等特点，广泛使用于汽车、数码产品、航天设备等领域。两种传感器对比如表1-1所。
方案三：选择压力传感器
压力传感器是将压力的变化转化为电压的变化。利用这一特性，可将压力传感器内置在鞋的底部，当用户在行进过程中，压力传感器受到的压力不同（抬脚时脚对鞋无压力，放脚时脚对鞋有持续压力），这样，计步器的主控单元读取压力值，经过计步算法即可判断运动状态。
表1-1 传感器对比
类型
机械式振动传感器
加速度传感器
工作电流
5mA
30
工作精度
0.1g
0.002g
价格（元）
1.0元
5.0元
目前内置于鞋底的压力传感器属于柔性传感器。在2008年北京奥运会上曾将它用于检测运动员的蹬地力、蹬地时间、足底接触形状、运动速度、离心力等信息，以便指导运动员取得更好的成绩。这种传感器价格昂贵，设计难度较大，不适合本设计。机械设振动传感器应用于早期的计步器，测量精度低，误判、漏判严重，不符合本课题高精度的设计原则。随着加速度传感器的工艺逐渐成熟，测量精度也逐渐提高，功耗已达到微安级别，随着市场的大量使用，价格也降了下来，非常符合本课题的设计理念。表1-2列出了不同型号的三轴加速度传感器的特性。
表1-2 加速度传感器对比
加速度计
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