1、 本科毕业设计 （ 20 届） 电子计步器 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 - 摘 要 步行是一种最简单也是最好的健身锻炼方法之一。医学专家统计得出，现代人一天大约有 300 千卡的多余热量，如果每天步行一万步，就意味着可以把 这些过剩的热量消耗光。而说时容易，做时难，没有量化的数据，指根据自己的感觉来判断运动量的大小是有欠缺的。这时需要一组数据来告诉我们运动量的大小，例如步数，路程，消耗的热量等。然而计步器就像一个贴身的健身教练，告诉你运动量的大小，指导你如何科学的锻炼。这样就保证了步行锻炼的质量，达到应有的健身效果。 计步器系统主要是
2、包括计数器和传感器。设计计数器，分别运用了数字电路和编程单片机两种方法。在数字电路设计方法中，运用 74LS192， CD4511， CD4011和数码显示管组成了计数器电路，并通过 protel进行计数 器印刷电路板的设计。在编程单片机设计方法中，运用了 C8051F000 系统，并用 C 语言对其进行编程，实现计步数，计路程，计算速度，计算耗能并且通过数码管显示数据。设计传感器，主要研究了干簧管振动传感器的制作方法，了解了加速度传感器在计步器中的运用。 关键词： 科学步行锻炼；计步器； 数字电路计步器；编程单片机计步器； - 3 - Abstract Walking is one of t
3、he simplest and best fitness training methods. The medical expert counts obtains, modern people one day probably has 300 kilocalorie unnecessary quantity of heats, if walks every day 10,000 steps, means may these surplus heat exhaustion light. But said time easy, does when difficult, does not have t
4、he quantification data, refers to acts according to own feeling to judge the physiological load of exercise the size to have is short. By now needed a group of data to tell us the physiological load of exercise the size, for example step, distance, consumption quantity of heat and so on. However the
5、 pedograph looks like a next to the skin the fitness training, not only tells you the physiological load of exercise the size, but also how is instructing you scientific exercise. This had guaranteed the walk exercises quality, achieves the proper fitness effect. The pedograph system is mainly inclu
6、des the counter and the sensor. The design counter, has utilized the digital circuit and the programming monolithic integrated circuit two methods separately. In the digital circuit design method, has composed the counter electric circuit using 74LS192, CD4511, CD4011 and the digital display tube, a
7、nd carries on the counter printed wiring board through protel the design. In the programming monolithic integrated circuit design method, has utilized the C8051F000 system, and carries on the programming with the C language to it, realizes counts the step, counts the distance, the computation speed,
8、 the computation consumes energy, and through nixietube demonstration data. Designs the sensor, mainly studied has done the reed pipes oscillationpick-ups manufacture method, has understood acceleration instruments in pedograph utilization. Key Words ： Science walk exercise; Pedograph; Digital circu
9、it pedograph; Programming monolithic integrated circuit pedograph; - 4 - 目 录 1 概 述 . 1 1.1 课题研究背景及意义 . 1 1.2 现有技术分析 . 1 1.3 研究开发和论文内容 . 2 2 基于数字电路计步器的分析与设计 . 4 2.1 基于数字电路计步器的分析 . 4 2.2 基于数字电路计步器的设计 . 5 2.2.1 原理图的绘制与实物焊接 . 5 2.2.2 PROTEL 入门与计数器 PCB 板制作 . 7 2.3 本章小结 . 12 3 Protel工业生产应用 . 13 4 基于单片机计步器
10、的设计 . 15 4.1 基 于单片机计步器设计的分析 . 15 4.1.1 设计系统的选择 . 15 4.1.2 编程语言的选择 . 15 4.1.3 设计环境的选择 . 15 4.1.4 系统设计思路构建 . 15 4.2 系统整体设计 . 19 5 计步器的传感器的分析与设计 . 21 6 测试结果与拓展 . 23 7 结 论 . 24 致 谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 25 附录 1 主要源程序代码 . 26 - 1 - 1 概 述 1.1 课题研究背景及意义 步行是一种最简单也是最好的健身锻炼方法之一，这已被中外运动医学专家所认可。步行可以增强人体的心肺功能，增强肌肉，骨
11、骼的力量，有利于防止日后的损伤和疼痛 ， 同时还可以缓解紧张情绪，促进人体的新陈代谢。步行的好处可能很多人都知道，但是 科学的步行又有多少人知道呢 ?可以说很多人都是盲目的运动。不能很好的把握锻炼的方法和要领，根据自己的感觉来判断运动量，这就会导致运动量的不够或者过量，反而不能达到应有的健身效果。 特别要关注的是老年期。以往在指导老年期的体育活动中，往往忽视对老年人健康评价以及锻炼量的有效控制，由于老年期适应能力差，缓冲余地较小，如果给他们提出不适当的锻炼要求，将是有害无益的。因此掌握和分析老年期人的形态结构以及不同的机能特征，并采用科学的锻炼手段与方法，将会增进和改善各器官系统功能，从而提高
12、和增强老年期对内外环境的适应能力。 想在锻炼时保证一定的频率、强度和距离，计步器就成了人们保证步行锻炼质量的好帮手。计步器就像一个贴身的科学健身教练，根据你的身高步长，它随时随地的让你知道你已经走了多少步，多少路程，多少速度，消耗了多少热量，甚至可以测量血压和心跳等等。有了计步器，就可以让我们完成每天的运动定量，让我们的健身不再盲目。 1.2 现有技术分析 现在对于计步器的设计方法主要有以下几种： (1)数字电子技术。由于计步器中包含了计数器的部分，所以用数字电路设计一个计数器是可以的。但是设计出来的产品仅仅提供了计步的功能，然而对于人们的 需求，必须要让计步器具有更多的功能，更方便的携带。
13、(2)编程单片机技术让计步器拥有更多的功能。代码能够根据所需要的功能进行灵活的编写。可以计算，可以设置，更可以根据需要做出显示，或者发出报警等等。 - 2 - (3)如今手机已经越来越智能化，手机功能更是可以下载安装，并且手机随身携带。当然开发人员不会忘记利用这个优势来设计计步器。做一个计步器软件安装在手机上。然而最近 android 平台越来越受人们的喜爱，运用 Eclipse 来编程设计也成为了设计主流。 1.3 研究开发和论文内容 通过了解计步器的相关原理和组成，得知计步 器的设计主要包括传感器的设计和对传感器产生的信号做出处理和相应的设计。 查阅相关资料后，我分别对振动传感器和加速度传
14、感器进行了研究和分析。振动传感器运用干簧管和永磁铁来制作，但是由于发生震动后，磁铁的振动是无法控制的，从而产生的信号干扰很大，处理起来也不是很容易。所以我运用了加速度传感器。通过测量人体加速度的变化设计出来的计步器，不仅灵敏度高，准确性也高。 接下来就是设计信号处理和响应了。根据现有计步器技术的资料，了解到这部分的设计主要有以下几点方法： (1) 利用数字电子技术： 这个方法主要是设计一个计数器来接收 信号，并且对信号进行计数并显示。我需要了解计数器的设计方法。然而运用 protel 99se 软件来绘制原理图，绘制PCB 电路图以及制作 PCB 印制电路板使得数字电路设计的时候更接近于产品化
15、。 (2) 利用单片机技术： 首先我查阅单片机 c8051 的相关资料，熟悉 Keilc51 编程软件的使用，以及C 语言编程基础与技巧。其次明确了设计思路，明确我需要设计的计步器功能。 而外我还了解 android 相关资料，从中得知 android 开发的环境是 Eclipse，从而熟悉 Eclipse 软件的应用以及编程技巧。并模仿教程动手进行操作。 本文共分六章，主要讲述了计步器的制作方法和制作过程中所学到的知识。第一章介绍了课题研究的背景，意义和主要的工作内容。第二章介绍了基于数字电路计步器的分析与设计。第三章介绍了 PROTEL 工业生产方法与其计步器设计。第四章介绍了基于单片机计
16、步器的分析与设计。第五章介绍了计步器相关传- 3 - 感器的研究。 - 4 - 2 基于数字电路计步器的分析与设计 2.1 基于数字电路计步器的分析 运用数字电路设计的计步器，主要是计数器的设计。通过加速度传感器产生信号，然后由计数器进行接收，并进行相应的处理和响应。通过资料查阅，我设计的计步器 主要包括以下几个芯片： (1)74LS192 是十进制可逆计数器，也是同步可预置四位计数器。它具有双时钟输入，并具有清零和置数的功能。在过去数字电路实验时，用它来设计计数器，简单，思路清晰。图 2-1,2-2 分别为 74ls192 引脚图和功能表。图中 当清除 (CR)为高电平时，不管计数时钟 (C
17、PD,CPU)状态如何，所有计数输出 (Q0Q3)均为低电平。当置入控制 (LD)为低电平时， Q0Q3 将随数据输入 D0D3 一起变化。当技术上溢 (为 9)并且 CPU 为低电平时，进位输出 (CO)产生一个低电平脉冲。当计数下溢 (为 0)并且 CPD 为低电平时，借位输出 BO 产生一个低电平。只要把 BO或 CO 接到后一级的 CPD 和 CPU 就可以实现多位数的计数了。 图 2-1 74ls192 引脚图 - 5 - 图 2-2 74ls192 功能表 (2)CD4511，它是用来驱动共阴数码管，只能对 0-9 的数字译码，超出范围将无显示，它 具有 BCD 转换、消隐和锁存控
18、制、七段译码及驱动功能的CMOS电路，能提供较大的电流。可直接驱动 LED显示器。并且可以搭配 74LS192一同使用。图为 CD4511 引脚图和真值表。图 2-3 中 A1-A4 为信号输入端， a-g为译码输出端。图 2-4 表示了输入输出的关系。 图 2-3 CD4511 引脚图 图 2-4 CD4511 真值表 (3)共阴 7 段数码显示管，搭配 CD4511 一起使用。输出高电平有效。 2.2 基于 数字电路计步器的设计 2.2.1 原理图的绘制与实物焊接 - 6 - 根据 47LS192， CD4511 和 7 段数码显示管的功能表画出计数器电路图如下所示： 图 2-5 计数器原理图 根据电路图，找导师拿取元器件，进行实物焊接。焊接结果如下图所示： 图 2-6 实物连接图 由于焊接时采用的导线太粗，而且焊接起来线路交错复杂。这样的产品十分的不美观。为了使设计更加的产品化，通过与导师的沟通，开始了 PROTEL 软件的安装，学习与操作
