一种电子计步器的电路设计

李迈科 刘晟文 李俊泳 王施贺 洪驰

摘 要：设计了一种电子计步器，主要功能是通过传感器的感应使计步器计步数，扩展功能是计时和调整频率，通过所走过步数及所用的频率从而算出所走的路程。设计由震荡传感器和计数器两部分组成。通过有规律的摇动三轴数字加速度计来模拟人们行走的状态，记录所走的步数，从而记录所走的总路程。

关键词：电子计步器;扩展功能;有规律

1 引言

计步器最主要的功能就是计步，在你做运动的时候，能够帮助你计算出你走过的总路程。而现在，记录消耗的卡路里、所走的距离、收听收音机、显示时间的功能也越来越普遍[1]。随着人们生活水平不断的提高、发展速度越来越快、需求越来越多样化，温度计、心率计、秒表等适用于户外运动的功能也渐渐出现在了计步器的功能当中。计步器的发展趋势越来越偏向人性化设计，携带更方便，记录数据更加精确，功能更多样[2]。

步行对保持健康起到非常重要的作用，因而设计使用合理一个可以测出行走的步数，一个小巧方便的计步器是合乎顺应时代发展的。计步器是一款健康安全的电子产品，其基本目的就是在您走步的时候帮您计算一共走了多少步，是一个既经济、实惠又科学的小工具。计步器可以帮助我们达成每天预定走步计划目标。计步器的开发研制对保持健康生活起到极大的促进作用。它不仅仅是一个能记录步行总数的机器，更是一种能激励人们运动，保持身体健康的必需品。

基于上述，本文设计了一种计步器电路，结构简单，成本低廉，使用方便。

2 方案设计

本方案设计的计步器系统主要硬件设计包括按键模块、晶振电路，LCD显示电路、三轴加速传感器电路、时钟电路以及报警电路模块组成。本系统是按照模块化进行设计的，现将具体的模块部分如图1整体硬件框图所示：

该设备采用单片机STC12C5A60S2来做为整个设备核心组件。整个系统由系统软件控制。采用各部分元器件的原因已在上面介绍。本系统采用的是以STC12C5A60S2单片机为中心的计步器。通过利用三轴传感加速度器，来感应人体身体的晃动;用LCD1602显示屏来反映所走的步数、公里数以及现时刻的时间。用电源模块基于供电，用来保证计步器的正常运作。

3 系统硬件设计

主控芯片选择TC12C5A60S2单片机，其运行速度要比其他的单片机要快上8-12倍。该系列的单片机内部的集成电路是MAX810专用复位电路，共含有2路PWM、8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒），是一款针对电机控制、具有强抗干扰特性的单片机。而且也不需要使用额外的编程器、仿真器，该系列的单片机还含有两个独立的串口，具备高速、高可靠的使用特点。因为本次设计是计步器，需要反应比较快、运行性能比较好，而且还安全可靠的单片机，所以综合考虑，本次设计决定采用STC12C5A60S2单片机为作为主要的控制系统部分。下面主要将电源电路、时钟电路与传感器电路做描述。

3.1 电源电路

电源电路中，5V足够带动单片机、传感器、LCD1602显示屏，而且便于安置，主要用于不便接用外部电源的小型携带式装置之中，例如计算机、充电宝、电子体温计等。我在此模块放置了LED灯，用来检测电源连接是否正常。电源框图如图2电源模块所示。

3.2 传感器检测电路

ADXL345三轴加速度传感器是一款质地轻薄、占用面积小的，且功耗超低的三轴加速度计，分辨率极高，能测量到极其微小的变化。数字输出数据的格式是以16位二进制为补码的格式，可通过SPI或I2C数字接口进行访问。能够检测到物件的运动和物件运动方向。它输出信号的电压值是根据物体运动变化产生的。输出电压的变化是根据其运动方向以及设定的传感器灵敏度而改变。检测物体的运动和运动方向是靠单片机的IIC/SPI接口读取的数值。

3.3 时钟电路

DS1302内部含有时钟、日历寄存器和31字节的数据暂存寄存器，对于数据通信，仅拥有一行串行的输入、输出口。实时时钟、日历提供秒、分、时。日期、月份和年份信息。

4 系统软件设计

一个系统的好与坏、是否完整、安全、可靠、稳定，只有硬件支撑是远远不够的，必须要有软件的支持。下面将介绍本系统的软件流程及程序设计。

主程序主要是完成一些初始化操作。各模塊顺利初始化后开始调各模块的显示程序，将采集到的数据显示到LCD上，然后根据按键的情况来决定存储与否。

5 结论

硬件设计是本以STC12C5A60S2单片机为控制核心，与晶振电路模块、LCD1602显示屏模块、时钟模块DS1302、三轴加速器ADXL345模块等共同组成的计步器。通过对三轴加速器ADXL345有规律的摇动，使单片机作为主控制设备对采集到的传感器信号进行处理，最后通过LCD1602显示屏来实现计步、显示时间和行走的总路程的功能。

参考文献：

[1]袁宪锋，周风余，袁通等.STM32和iNEMO模块的高精度计步器设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2013（09）：42-45.

[2]邢辉，赵敏.基于MMA7260加速度传感器的电子计步器[J].中国高新技术企业，（33）：21-23.