電子計步器【開題報告】

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畢業(yè)論文開題報告通信工程電子計步器一、課題研究意義及現(xiàn)狀步行是一種最簡單也是最好的健身鍛煉方法之一。促進全身健康不間斷地步行運動20～30分鐘，相當于每小時行走4000～5000米，能使心血管系統(tǒng)持續(xù)不斷地輸送新鮮血液和氧氣遍及全身，可以增強心肌、肺臟和肌肉的功能，并促進血液循環(huán)。有規(guī)律地鍛煉，可以控制血液中膽固醇的水平，保持動脈系統(tǒng)的清潔和健康。有規(guī)律的步行運動能增加肺容量并減少便秘的發(fā)生，受益最大的是足。步行運動可以強壯足部的骨骼、關(guān)節(jié)、韌帶和肌肉，有利于防止日后的損傷和疼痛。但是如果不很好的把握鍛煉方法和要領(lǐng)，同樣不能達到健身效果。計步器就保證了步行鍛煉的質(zhì)量，幫助完成每天的運動定量。特別要關(guān)注的是老年期，老年期是一種隨著年齡自然增長而出現(xiàn)的動態(tài)變化的階段，其變化受各種各樣因素影響，是一個非常復(fù)雜的生理過程。以往在指導(dǎo)老年期的體育活動中，往往忽視對老年人健康評價以及鍛煉量的有效控制，由于老年期適應(yīng)能力差，緩沖余地較小，如果給他們提出不適當?shù)腻憻捯?，將是有害無益的。因此掌握和分析老年期人的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及不同的機能特征，并采用科學的鍛煉手段與方法，將會增進和改善各器官系統(tǒng)功能，從而提高和增強老年期對內(nèi)外環(huán)境的適應(yīng)能力?，F(xiàn)在由于生活水平的提高，并且每天工作時間很長，通過計步器對運動速度和運動量提供了很大幫助。請時刻關(guān)注健康！二、課題研究的主要內(nèi)容和預(yù)期目標主要內(nèi)容：主要了解傳感器的相關(guān)知識和傳感器的應(yīng)用意義，然后通過振動傳感器相關(guān)知識以及單片機相關(guān)知識來設(shè)計電子計步器。預(yù)期目標：熟悉計步器的各個工作部件，主要包括振動傳感器和計數(shù)器的工作原理，設(shè)計簡單的電子計步器，能夠?qū)崿F(xiàn)計量行走或跑步的步數(shù)，計量運動時間，并大概計算運動路程的功能。在計數(shù)器部分需運用到C語言相關(guān)知識，從而實現(xiàn)計數(shù)，計算，顯示的功能。三、課題研究的方法及措施首先查找相關(guān)計步器知識，了解到電子計步器主要由振動傳感器和電子計數(shù)器組成。所謂的振動傳感器其實就是一個平衡錘在上下振動時平衡被破壞使一個觸點能出現(xiàn)通/斷動作，然后由電子計數(shù)器記錄并顯示就完成了主要功能，其他的熱量消耗，路程換算均由電路完成。這樣就初步的了解了計步器。-v- 其次是深入了解各個部分的理論知識：1、振動傳感器的原理；2、傳感器輸出信號的相關(guān)處理原理；3、計數(shù)器的制作方法；再次是制作振動傳感器并明確制作成果的預(yù)期目標。包括：1、查找有關(guān)制作振動傳感器的資料；2、明確所需要的材料并購買；3、根據(jù)資料并經(jīng)過自我組裝，測試，調(diào)試等等工作看是否能達到預(yù)期目標：1、經(jīng)過振動后，是否能產(chǎn)生信號；2、若能產(chǎn)生信號，能觀察出其信號的物理現(xiàn)象并思考如何進行信號處理。再次就是計數(shù)器的制作。根據(jù)所學知識，計數(shù)器我們可以用數(shù)字電子技術(shù)和單片機兩種方法來制作。當然，首先是明確使用哪種方法，其次就是了解其原理和制作方法。最后把振動傳感器，信號處理部分，計數(shù)器和顯示部分結(jié)合起來進行測試，調(diào)試得到能實現(xiàn)基本功能的計步器。難點主要是在傳感器及其輸出信號處理。我的措施主要有一下幾種：方法1從相關(guān)資料了解得到：振動傳感器的主要原件是干簧管和永久磁體，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在一個中空塑料圓管內(nèi)固定一個干簧管2，在管4的下面再固定一個環(huán)形磁鐵，在其上面裝有處于浮動狀態(tài)下的環(huán)形磁鐵組1，它的內(nèi)徑要比中空管的外徑大0.5mm。調(diào)整磁鐵5的位置，使在垂直靜止狀態(tài)下的干簧管接點開路。這樣由于震動，磁鐵組1會上下振動，使干簧管的接點不斷閉合。這樣在圖3中的S處會產(chǎn)生圖2中①所示波形，經(jīng)過由C1，R1，R2,組成的微分電路會產(chǎn)生圖2中②所示波形，把這個脈沖加到由IC1和IC4兩個與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器上使其翻轉(zhuǎn)（IC1輸出如圖2中③所示波形，IC4輸出如圖2中④所示波形），“0”電平從門IC4的輸出端經(jīng)過反相器IC2加到定時網(wǎng)絡(luò)R3上，電容C2開始充電，當其上電壓達到IC3翻轉(zhuǎn)的閾值，后者輸出端將出現(xiàn)“0”電平，RS觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)回到初始狀態(tài)。這樣就把RS輸出的信號（也就是圖2中④-v- 的波形）送到計數(shù)器進行計數(shù)并顯示。計數(shù)和顯示可以運用數(shù)字電子技術(shù)，例如計數(shù)器可以用CD40192，顯示這塊，譯碼器共陰可以用CD4511，共陽可用74HC247，再加上LED數(shù)碼顯示器完成。當然運用單片機也是可以的。方法2：如果振動傳感器無法制作，或者其輸出信號不容易控制，那么我還收索到應(yīng)用加速度傳感器，通過測量人體行走時加速度的變化，來達到計步的功能。ADXL330是一個三軸(X軸、Y軸和Z軸)模擬輸出的加速度傳感器，正好可以作為垂直、前向和側(cè)向三個方向的傳感器。如圖2所示，ADXL330X、Y、Z三軸的數(shù)據(jù)輸出就代表了人體行走三個方向的加速度曲線。從圖中我們可以看到三個方向中垂直方向(Z軸)具有明顯的周期特性。定義的αv，βv，γr分別為垂直方向和X、Y、Z軸的夾角，因此可以得到垂直方向的加速度X、Y、Z。由圖顯示，垂直方向（Z軸）加速度曲線更為明顯。通常來講，人體每秒鐘行走O.5~2步，最多不超過5步。因此，合理的計步器輸出為O.5~5Hz。在模擬電路部分，我們采用5Hz的抗混疊帶寬來過濾高頻噪聲；在數(shù)字電路部分，采用5Hz截止頻率的FIR低通濾波器來過濾高頻噪聲。圖4是低通濾波器的頻率響應(yīng)。另外，低通濾波器無法過濾0.5Hz以下的噪聲，因此我們采用了時間窗口的方法來實現(xiàn)。通過對數(shù)字信號處理的學習，從而了解相關(guān)濾波器的知識。如圖5所示，我們把大于T1或者小于T2的頻率輸出都認為是噪聲的影響。下圖為計步器硬件的結(jié)構(gòu)框圖。它有兩個模塊組成:傳感器模塊和控制模塊。傳感器模塊以從模式記錄步數(shù)，控制模塊以主模式設(shè)置、讀取和顯示傳感器的信息。-v- 傳感器模塊由三軸加速度傳感器ADXL330、AD85545(四通道運算放大器組成抗混疊濾波器)和內(nèi)部集成多通道ADC的單片機組成。ADXL330作為傳感器來感知人體走的動作，并有X、Y、Z三個模擬輸出。帶寬為5Hz的抗混疊濾波器來去除高頻噪聲，對于ADXL330，只要在模擬輸出管腳上加上電容就可以實現(xiàn)。利用單片機內(nèi)部三通道的ADC對三個模擬輸出進行采樣，同時利用一個數(shù)字輸出管腳作為ADXL330的電源?？刂颇K有LCD顯示模塊、微控制ADuC832(內(nèi)嵌8051核)、鍵盤和電源組成。四、課題研究進度計劃第一階段（20010/20011第一學期第6周至第7周）：查閱相關(guān)資料，了解計步器的組成部分，以及各個部分的相關(guān)理論。第二階段（20010/20011第一學期第7周至第8周）：查閱與傳感器相關(guān)的外文，并進行翻譯。第三階段（20010/20011第一學期第8周至第10周）：查閱相關(guān)傳感器和計步器的資料，例如圖書，期刊，網(wǎng)上資料等，并完成文獻綜述。第四階段（20010/20011第一學期第10周至第12周）：查找相關(guān)計步器資料，關(guān)鍵是振動傳感器的制作，對計步器制作原理，材料有各系統(tǒng)化的認識，并完成開題報告。第五階段（2010/2011第一學期第14周至第19周）：基本設(shè)計出作品并對其進行調(diào)試。五、參考文獻[1]唐文彥.傳感器第四版[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006，7.[2]李道華等.傳感器電路分析與設(shè)計[M].武漢：武漢大學出版社，2000，3.[3]梁淵等.傳感器應(yīng)用電路集萃[M].北京：中國電力出版社，2008.[4]松井邦彥.傳感器實用電路設(shè)計與制作[M].北京：科學出版社，2005.[5]吳興惠.傳感器與信號處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998，8.[6]丁鎮(zhèn)生.傳感器及遙控遙測技術(shù)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.[7]陳爾紹.傳感器實用裝置制作集錦[M].北京：人民郵電出版社，1999，10.-v- [8]王煜東.傳感器應(yīng)用電路400例[M].北京：中國電力出版社，2008.[9]宋浩然，廖文帥，趙一嗚.基于加速度傳感器ADXL330的高精度計步器[J].傳感技術(shù)學報，2006，8.[10]繆建奇.老年期身體形態(tài)機能及體育鍛煉的評價與控制[J].淮陰師范學院學報，2002.[11]長樂，電子計步器-讓健身不再盲目[EB/OL]，[2009-1].http://www.cnki.net.[12]ADXL330Datasheet[EB/OL]AnalogDevicesInc，Norwood，MA.http://www.analog.com.-v-