全民健身智能计数终端的设计

2021-06-16许清梅

电子制作 2021年6期

许清梅

（太原工业学院，山西太原，030008）

0 引言

随着科学技术的发展和人们健康生活观念的变化，人们对健身器材的要求越来越理性[1-2]，传统的机械式健身器材已经不能满足人们日渐增长的健身需求。因此，根据健身需求在健身器材设计方面引入先进的科学技术手段，对传统健身器材的改进，以及智能健身器材的研究与开发，是当前健身器材行业发展面临的主要挑战[3-4]。智能健身器材能够为人们提供科学的健身指导，并且将健身大数据共享化，直观反映健身效果。智能健身器材的主要特点是通过测量健身相关信息，将不同时间的数据形成互连，对健身者的运动行为实现实时跟踪和监控，并且根据个人身体特点及时调整控制各项健身参数，从而获得最佳健身效果。

1 系统总体设计及原理

本系统主要以STC89C52RC 单片机为主控制器，以红外采集模块、电量测量模块、蓝牙通信模块、液晶显示、按键部分、蜂鸣器报警部分为受控模块，它们共同构建起了整个全民健身智能计数终端。其中，红外传感器采集统计健身者的健身次数；蓝牙通信模块是将健身者健身信息发送至手机终端；电量测量模块主要是采集电池剩余电量并显示至液晶屏幕；键盘部分的功能：参数设置、系统启停。系统的整体设计如图1 所示。

图1 系统总体设计框图

2 系统的硬件设计

全民健身智能计数终端硬件部分包括单片机最小系统、红外采集电路、电量测量电路、蓝牙通信模块、按键电路和蜂鸣器电路。首先通过红外采集电路采集健身者健身次数，单片机将次数显示到LCD1602 上，并将数据通过蓝牙发送到手机端，在健身次数超过设定预值时，蜂鸣器报警。电量测量电路测量系统电池剩余电量，按键为执行复位和参数加减功能。接下来，详细介绍各个模块的具体设计。

■2.1 单片机模块

将晶体振荡器和瓷片电容与单片机芯片连接，组成反馈电路。为了保证电路的正常运行，需设置合适的时钟电路。本系统中使用11.0592MHz,是为了更好的配合控制芯片的运行，时钟电路中的电容选取22pF，频率范围是1.2MHz～12MHz。

图2 时钟电路

复位电路由按键S1、电解电容C3以及电阻R1和R2组成，如图3 所示，可实现手动按键和上电复位。电路中按键S1相当于开关，按下时系统由低电平上升到高电平，这时S1、R1形成一条通路，然后R1与R2分压，自动将电平拉低，输出低电平，从而实现单片机上电复位。

图3 复位电路

本系统选择5V 直流稳压电源作为系统电源，为整个系统供电，电路简单且稳定，如图4 所示。红色LED 灯的功能是检测系统是否有电的指示灯。1kΩ 电阻起到限流作用，保护LED 灯，防止电流过大烧坏LED 灯。SW 为自锁开关，开关按下后，红灯亮，此时系统电源5V直流输出。开关再次按下后，红灯灭，此时系统电源无5V 电源输出。

图4 电源电路

■2.2 红外采集电路

红外采集电路由LM393 构成的红外发射和接收电路组成。其工作原理是，首先红外发射二极管发射红外线,通过检测红外线是否被人或者物体遮挡,红外线接收三极管把模拟信号整流后发送给LM393 进行比较并输出计数脉冲以便单片机进行计数控制，电路如图5 所示。

图5 红外采集电路

■2.3 电量测量电路

DS2780 内置16 位电流检测ADC，11 位电池电压及温度检测ADC,以及精确稳定的内部时钟,和用以存储电池特征数据和性能参数的EPROM,其硬件结构如图6 所示。电流检测ADC 采样外置检流电阻两端压降，并将采样结果对时间积分以实现库仑计功能，得到的以mVh 表示的电池当前电量用以更新电量寄存器(ACR)。为了减小累积失调误差对电量计算精度的影响，每采样1024 次(约1 小时)电流测ADC 自动进行一次失调校准。DS2780 可设置电流检测ADC 的增益，并可对检流电阻的温度系数进行补偿，从而允许使用低精度、低成本的外置检流电阻。

图6 电量测量电路

■2.4 蜂鸣器电路

如图7 所示，电阻R11 为上拉电阻，当网络节点P1.4悬空时，三极管Q1的基极有一个稳定的高电平；电容C6为旁路电容，对刺耳的高频信号起到旁路作用；三极管Q1起开关管的作用，控制蜂鸣器。电阻R13，R14是蜂鸣器的限流电阻，主要有两个作用：一是这两个电阻并联一起时候进行分流，使每个电阻上的热量不会超过它的额定功耗，保证电阻寿命；二是方便调试，在一个电阻功率都能满足的情况下，如果要增加蜂鸣器响度，只需再并联一个电阻就行，不需要重新拆下原来的电阻，调试方便。