一種電子計(jì)步器的電路設(shè)計(jì)

李邁科 劉晟文 李俊泳 王施賀 洪馳

摘 要：設(shè)計(jì)了一種電子計(jì)步器，主要功能是通過(guò)傳感器的感應(yīng)使計(jì)步器計(jì)步數(shù)，擴(kuò)展功能是計(jì)時(shí)和調(diào)整頻率，通過(guò)所走過(guò)步數(shù)及所用的頻率從而算出所走的路程。設(shè)計(jì)由震蕩傳感器和計(jì)數(shù)器兩部分組成。通過(guò)有規(guī)律的搖動(dòng)三軸數(shù)字加速度計(jì)來(lái)模擬人們行走的狀態(tài)，記錄所走的步數(shù)，從而記錄所走的總路程。

關(guān)鍵詞：電子計(jì)步器;擴(kuò)展功能;有規(guī)律

1 引言

計(jì)步器最主要的功能就是計(jì)步，在你做運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，能夠幫助你計(jì)算出你走過(guò)的總路程。而現(xiàn)在，記錄消耗的卡路里、所走的距離、收聽(tīng)收音機(jī)、顯示時(shí)間的功能也越來(lái)越普遍[1]。隨著人們生活水平不斷的提高、發(fā)展速度越來(lái)越快、需求越來(lái)越多樣化，溫度計(jì)、心率計(jì)、秒表等適用于戶外運(yùn)動(dòng)的功能也漸漸出現(xiàn)在了計(jì)步器的功能當(dāng)中。計(jì)步器的發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越偏向人性化設(shè)計(jì)，攜帶更方便，記錄數(shù)據(jù)更加精確，功能更多樣[2]。

步行對(duì)保持健康起到非常重要的作用，因而設(shè)計(jì)使用合理一個(gè)可以測(cè)出行走的步數(shù)，一個(gè)小巧方便的計(jì)步器是合乎順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的。計(jì)步器是一款健康安全的電子產(chǎn)品，其基本目的就是在您走步的時(shí)候幫您計(jì)算一共走了多少步，是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠又科學(xué)的小工具。計(jì)步器可以幫助我們達(dá)成每天預(yù)定走步計(jì)劃目標(biāo)。計(jì)步器的開(kāi)發(fā)研制對(duì)保持健康生活起到極大的促進(jìn)作用。它不僅僅是一個(gè)能記錄步行總數(shù)的機(jī)器，更是一種能激勵(lì)人們運(yùn)動(dòng)，保持身體健康的必需品。

基于上述，本文設(shè)計(jì)了一種計(jì)步器電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，使用方便。

2 方案設(shè)計(jì)

本方案設(shè)計(jì)的計(jì)步器系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)包括按鍵模塊、晶振電路，LCD顯示電路、三軸加速傳感器電路、時(shí)鐘電路以及報(bào)警電路模塊組成。本系統(tǒng)是按照模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)的，現(xiàn)將具體的模塊部分如圖1整體硬件框圖所示：

該設(shè)備采用單片機(jī)STC12C5A60S2來(lái)做為整個(gè)設(shè)備核心組件。整個(gè)系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件控制。采用各部分元器件的原因已在上面介紹。本系統(tǒng)采用的是以STC12C5A60S2單片機(jī)為中心的計(jì)步器。通過(guò)利用三軸傳感加速度器，來(lái)感應(yīng)人體身體的晃動(dòng);用LCD1602顯示屏來(lái)反映所走的步數(shù)、公里數(shù)以及現(xiàn)時(shí)刻的時(shí)間。用電源模塊基于供電，用來(lái)保證計(jì)步器的正常運(yùn)作。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

主控芯片選擇TC12C5A60S2單片機(jī)，其運(yùn)行速度要比其他的單片機(jī)要快上8-12倍。該系列的單片機(jī)內(nèi)部的集成電路是MAX810專用復(fù)位電路，共含有2路PWM、8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S，即25萬(wàn)次/秒），是一款針對(duì)電機(jī)控制、具有強(qiáng)抗干擾特性的單片機(jī)。而且也不需要使用額外的編程器、仿真器，該系列的單片機(jī)還含有兩個(gè)獨(dú)立的串口，具備高速、高可靠的使用特點(diǎn)。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是計(jì)步器，需要反應(yīng)比較快、運(yùn)行性能比較好，而且還安全可靠的單片機(jī)，所以綜合考慮，本次設(shè)計(jì)決定采用STC12C5A60S2單片機(jī)為作為主要的控制系統(tǒng)部分。下面主要將電源電路、時(shí)鐘電路與傳感器電路做描述。

3.1 電源電路

電源電路中，5V足夠帶動(dòng)單片機(jī)、傳感器、LCD1602顯示屏，而且便于安置，主要用于不便接用外部電源的小型攜帶式裝置之中，例如計(jì)算機(jī)、充電寶、電子體溫計(jì)等。我在此模塊放置了LED燈，用來(lái)檢測(cè)電源連接是否正常。電源框圖如圖2電源模塊所示。

3.2 傳感器檢測(cè)電路

ADXL345三軸加速度傳感器是一款質(zhì)地輕薄、占用面積小的，且功耗超低的三軸加速度計(jì)，分辨率極高，能測(cè)量到極其微小的變化。數(shù)字輸出數(shù)據(jù)的格式是以16位二進(jìn)制為補(bǔ)碼的格式，可通過(guò)SPI或I2C數(shù)字接口進(jìn)行訪問(wèn)。能夠檢測(cè)到物件的運(yùn)動(dòng)和物件運(yùn)動(dòng)方向。它輸出信號(hào)的電壓值是根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)變化產(chǎn)生的。輸出電壓的變化是根據(jù)其運(yùn)動(dòng)方向以及設(shè)定的傳感器靈敏度而改變。檢測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)方向是靠單片機(jī)的IIC/SPI接口讀取的數(shù)值。

3.3 時(shí)鐘電路

DS1302內(nèi)部含有時(shí)鐘、日歷寄存器和31字節(jié)的數(shù)據(jù)暫存寄存器，對(duì)于數(shù)據(jù)通信，僅擁有一行串行的輸入、輸出口。實(shí)時(shí)時(shí)鐘、日歷提供秒、分、時(shí)。日期、月份和年份信息。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

一個(gè)系統(tǒng)的好與壞、是否完整、安全、可靠、穩(wěn)定，只有硬件支撐是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須要有軟件的支持。下面將介紹本系統(tǒng)的軟件流程及程序設(shè)計(jì)。

主程序主要是完成一些初始化操作。各模塊順利初始化后開(kāi)始調(diào)各模塊的顯示程序，將采集到的數(shù)據(jù)顯示到LCD上，然后根據(jù)按鍵的情況來(lái)決定存儲(chǔ)與否。

5 結(jié)論

硬件設(shè)計(jì)是本以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，與晶振電路模塊、LCD1602顯示屏模塊、時(shí)鐘模塊DS1302、三軸加速器ADXL345模塊等共同組成的計(jì)步器。通過(guò)對(duì)三軸加速器ADXL345有規(guī)律的搖動(dòng)，使單片機(jī)作為主控制設(shè)備對(duì)采集到的傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，最后通過(guò)LCD1602顯示屏來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)步、顯示時(shí)間和行走的總路程的功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁憲鋒，周風(fēng)余，袁通等.STM32和iNEMO模塊的高精度計(jì)步器設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013（09）：42-45.

[2]邢輝，趙敏.基于MMA7260加速度傳感器的電子計(jì)步器[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，（33）：21-23.