一種基于單片機的發(fā)電跑步機系統(tǒng)設(shè)計(畢業(yè)論文)

1、<p><b>　　西安郵電大學(xué)</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題目： 一種基于單片機的發(fā)電跑步機系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　學(xué)院： 自動化學(xué)院 </p><p&g

2、t;　　專業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班級： 電氣1303班 </p><p>　　學(xué)生姓名： 劉 源 </p><p>　　學(xué)號： 06134104

3、 </p><p>　　導(dǎo)師姓名： 羅祖軍 職稱： 教授 </p><p>　　起止時間：2016年12月5日至2017年6月10日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）聲明書</p><p>　　本人所提交的畢業(yè)論文《基于單片機的發(fā)電跑步機系統(tǒng)設(shè)計》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖

4、件、資料均已明確標注；對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。</p><p>　　本人完全理解《西安郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）管理辦法》的各項規(guī)定并自愿遵守。</p><p>　　本人深知本聲明書的法律責(zé)任，違規(guī)后果由本人承擔(dān)。</p><p><b>　　論文作者簽名：</b></p>&l

5、t;p>　　日期： 年 月 日</p><p>　　西安郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文)選題審批表</p><p>　　西安郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　西安郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文)成績評定表</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

6、　　本文將說明一種節(jié)能型的自發(fā)電式跑步機裝置，人在其上運動時可以將自身跑步產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能儲存以實現(xiàn)自發(fā)電。跑步時發(fā)出的電能經(jīng)過整流橋及穩(wěn)壓芯片后同時給單片機及其他設(shè)備供電，使用DHT11溫濕度傳感器及LCD1602液晶顯示屏，霍爾測速傳感器等監(jiān)測當前的溫濕度等跑步信息，并帶有可調(diào)節(jié)溫濕度聲光報警功能，從而為用戶在運動過程中營造一個更舒適的氛圍。</p><p>　　本設(shè)計相比較傳統(tǒng)的健身設(shè)備更加的綠色環(huán)保

7、，裝置所需的電能都將由用戶自身產(chǎn)生，更加的符合當前時代要求低碳、低污染的生活理念。</p><p>　　關(guān)鍵詞：跑步機；單片機；自發(fā)電；霍爾傳感器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This article shall introduce a new type of energy saving devic

8、e for the self-powered treadmill, when exercising, one can transform the mechanical energy generated during running into electrical energy, which is then saved and stored to realize self-powering. Electricity generated b

9、y running goes through a rectifier bridge, then a regulator chip to powering other devices. By using DHT11 wet temperature sensor and LCD1602 LCD panel, Hall speed sensor and etc., various information during running, s&l

10、t;/p><p>　　Compared with the traditional treadmills, this design is more eco-friendly, electrical energy that the device required are self-generated, more in line with the modern living principle of low carbon

11、emission and low pollution.</p><p>　　Key words: Treadmill;MCU;self-powered;Hall sensor</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1.1課題研究背景1</p&g

12、t;<p>　　1.2課題研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2設(shè)計研究方向3</p><p>　　1.3課題研究內(nèi)容3</p><p>　　第二章 跑步機系統(tǒng)總體方案設(shè)計4</p><p>　　2.1發(fā)電裝置方案設(shè)計4</p>

13、<p>　　2.2穩(wěn)壓芯片及穩(wěn)壓電路設(shè)計5</p><p>　　2.3系統(tǒng)流程圖及工作原理7</p><p>　　第三章 硬件部分8</p><p>　　3.1單片機與中斷系統(tǒng)8</p><p>　　3.2 LCD1602液晶顯示模塊10</p><p>　　3.3 DHT11溫濕度模塊13

14、</p><p>　　3.4霍爾效應(yīng)傳感器測速模塊14</p><p>　　第四章 軟件部分17</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件模塊組成17</p><p>　　4.2軟件模塊化編程方法17</p><p>　　4.2.1顯示模塊編程 18</p><p>　　4.2.2數(shù)據(jù)處理

15、模塊編程18</p><p>　　4.2.3環(huán)境監(jiān)測模塊編程19</p><p>　　4.2.4聲光報警模塊編程20</p><p>　　4.3軟件設(shè)計總流程圖21</p><p>　　4.4系統(tǒng)仿真調(diào)試21</p><p>　　第五章 總結(jié)24</p><p>　　5.1跑步機系

16、統(tǒng)設(shè)計工作總結(jié)24</p><p>　　5.2產(chǎn)品化設(shè)計的改進24</p><p>　　5.3跑步機設(shè)計研究展望25</p><p><b>　　結(jié)束語26</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　參考文獻2

17、9</b></p><p>　　附錄A 原理圖30</p><p>　　附錄B 實物圖30</p><p>　　附錄C 源程序32</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1課題研究背景</b></p>

18、;<p>　　據(jù)最新科學(xué)研究表明，現(xiàn)代社會人類使用的電能主要來自于這些發(fā)電方式：包括水力發(fā)電、火力發(fā)電、原子能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、化學(xué)能（電池）及光能（光電池與太陽能電池等）。其中煤電占比73%、（水電14.6%、核電2.4%、氣電2.3%、其他7.7%），可見當前大部分的電能都是通過火力發(fā)電產(chǎn)生的。 </p><p>　　火力發(fā)電是指通過可燃物體在燃燒時產(chǎn)生大量熱能，再通過機械活塞裝置使熱能轉(zhuǎn)化

19、為機械能繼而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電方式。其除了發(fā)電效率高以外，有很多的缺點：首先，我國對于資源的需求在不斷增加，火力發(fā)電卻以一種不可再生的方式消耗能源，易造成由于資源匱乏而產(chǎn)生能源危機及生態(tài)上的嚴重破壞。其次由于發(fā)電后的大量燃燒物產(chǎn)生于空氣中，雖經(jīng)過過濾但依然會嚴重的污染環(huán)境，造成粉塵懸浮，產(chǎn)生PM2.5等污染物而形成霧霾，嚴重的危害了人類的健康生活。故火力發(fā)電隨著科技的發(fā)展一定會慢慢的被摒棄。 </p><p&g

20、t;　　另一方面，隨著“養(yǎng)生”觀念的不斷滲透，越來越多人們逐漸認識到健康的主要性，開始注重飲食與空氣環(huán)境，各類的健身器材銷量也在不斷增加。跑步機作為最重要的健身器材之一也不例外，據(jù)跑步機的市場調(diào)研表明，從銷售健身器材的效益上來看，無論是國內(nèi)還是國外都有50%以上的金額消費于跑步機。跑步機的使用方向上大體可分為家用或商業(yè)。調(diào)研分析跑步機的發(fā)展歷程曲線可以發(fā)現(xiàn)，需求量最大的是家用跑步機。其中美國跑步機年銷量約為300萬臺，韓國為100萬臺，

21、而中國作為擁有13億人的人口大國，跑步機銷量卻只有約20萬臺，且跑步機的產(chǎn)量以每年超過25%的速度在不斷增長，可見未來的跑步機市場一定會有可觀的前景及巨大的經(jīng)濟利益。 </p><p>　　現(xiàn)代的跑步機在運動中能夠監(jiān)測到運動者的跑步信息，比如運動的速度，路程與消耗的卡路里、溫濕度等等，卻鮮有可以智能控制溫濕度的現(xiàn)代跑步機。自發(fā)電跑步機可以通過單片機來設(shè)置溫濕度閥門，超出閥門設(shè)定的值后智能報警并驅(qū)動繼電器控制

22、當前的溫濕度等，因此可以制造出一個更舒適的跑步氛圍，故研究這種集節(jié)能環(huán)保，監(jiān)測控制于一體的跑步機十分有必要。</p><p><b>　　1.2課題研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　1.2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 </p><p>　　隨著我國工業(yè)科技水平的進步與創(chuàng)新制造能力的不斷發(fā)展，運動健身器材在潛移默化的影響著人類的健康。在大街上隨處可見奔

23、走于健身房，舞蹈班，瑜伽室等運動項目的人們。而健身的效果很大程度上取決于在于運動過程中是否有合理的規(guī)劃及一個舒適的運動環(huán)境，在老年健身器材廠上隨處可見機械式跑步機。</p><p>　　什么是機械式跑步機呢？“機械式跑步機”顧名思義即為在跑步過程中主要靠人力而運動，并不消耗電能。這種跑步結(jié)構(gòu)簡單不易出故障，但是它由于機械結(jié)構(gòu)單一，人們是在主動的運動而并不是由于履帶自身的運轉(zhuǎn)被動跟隨運動，且在跑步過程中并沒有實時參

24、數(shù)顯示當前的跑步信息，不能很好的控制運動的量與力度，運動過程中就很容易產(chǎn)生疲勞感與厭倦情緒。</p><p>　　圖1.1 機械式跑步機示意圖</p><p>　　如圖1.1所示，機械式跑步機也正是由于主動運動，用戶在跑步中可隨意的調(diào)整跑步的速度，通過自身的情況想快就快，想慢就慢，想停下來休息也可隨意的停止。這樣如果在運動中出現(xiàn)了例如肌肉拉傷，小腿抽筋等緊急情況人們也可隨時停下來，不易因

25、為電動跑步機那樣的被動運動無法隨時停止而引發(fā)安全事故，這是機械式跑步機的一大優(yōu)點。</p><p>　　現(xiàn)代的跑步機大都指電動跑步機，這類跑步機也是健身房里的主流設(shè)備。跑步機使用電能帶動履帶運動，人在上面因為履帶運動而自身被動跟隨運動，可隨時監(jiān)測當前的各類狀況信息并顯示在屏幕上，這樣的跑步機不易使人產(chǎn)生疲倦感，在減肥，健身方面發(fā)揮著重要的作用。</p><p>　　但由于電動機功率所需消耗

26、電能十分巨大，家用電動跑步機的用電功率在 1.5KW-2.5KW之間，若每天運動平均按3小時算，每個月消耗的電能約為150度-250度電，每個月產(chǎn)生的電費能達到75-125元，且因為電動機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴并不經(jīng)濟環(huán)保，所以不適用于每個家庭與地域。</p><p>　　雖然電動跑步機運動不易產(chǎn)生疲倦感，但是考慮到造價與成本，很多地方都無法普及電動跑步機，且機械式跑步機零件較少，結(jié)構(gòu)簡單，相比電動跑步機更加的穩(wěn)定

27、安全。在加裝了自發(fā)電裝置后也可實時監(jiān)測顯示當前運動信息，綜合考慮創(chuàng)新與環(huán)保安全等因素，本次設(shè)計選用機械式跑步機。</p><p>　　1.2.2設(shè)計研究方向</p><p>　　節(jié)能型機械式跑步機是在傳統(tǒng)的跑步機的基礎(chǔ)上加裝一些裝置，比如發(fā)電裝置，履帶、蓄電池、減速齒輪等。以法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)中磁生電的原理為基礎(chǔ)，通過齒輪履帶使跑步機運動時的軸承轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電裝置的運轉(zhuǎn)，在發(fā)電裝置內(nèi)由于磁

28、通量的變化會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，再通過導(dǎo)線與導(dǎo)體連接與裝置形成閉合回路產(chǎn)生感應(yīng)電流。</p><p>　　此時產(chǎn)生的交流電并不穩(wěn)定，搭建全橋整流濾波電路及LM317可調(diào)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓為14V向12V蓄電池充電，蓄電池儲存并緩沖電能。使用時接入LM7805將電壓穩(wěn)壓為5V供給單片機。這樣即使在運動過程中想休息，有蓄電池做緩沖單片機也不會因為沒有電能供給而斷電。合理的儲存電能就不會損壞單片機并能穩(wěn)定的使用自發(fā)電能。單片機作為

29、邏輯主控制器實時監(jiān)測用戶的運動狀態(tài)。</p><p><b>　　1.3課題研究內(nèi)容</b></p><p><b>　　主要的研究內(nèi)容：</b></p><p>　　1）相比一般的機械或電動跑步機，本設(shè)計中的自發(fā)電裝置可以使得用戶在跑步過程中自身產(chǎn)生電能，經(jīng)過整流濾波穩(wěn)壓電路后儲存于蓄電池后并用于整個單片機或其他用電設(shè)備

30、的供電。</p><p>　　2）可以按鍵修改溫濕度上下限閥門設(shè)置的數(shù)值及開關(guān)，單片機在超出設(shè)置溫濕度上下限度閥門后使蜂鳴器報警，并點亮溫度或濕度異常狀態(tài)LED指示燈，控制出一個舒適的運動環(huán)境。</p><p>　　3）跑步時的各類信息的顯示，包括用戶跑步速度、里程、已跑步時間、已消耗卡路里、指示燈及當前的溫度濕度等信息，并有用戶交動界面例如體重設(shè)置，溫濕度報警控制及數(shù)據(jù)清零等功能，方便用

31、戶根據(jù)自身情況做運動統(tǒng)籌安排。</p><p>　　本跑步機的系統(tǒng)設(shè)計采用LCD1602液晶顯示屏作顯示面板，DHT11溫濕度傳感器用來檢測當前溫濕度?；魻杺鞲衅鳒y出發(fā)電機轉(zhuǎn)速并根據(jù)齒輪半徑、傳動比參數(shù)轉(zhuǎn)換為用戶的跑步速度，使用單片機自帶的12MHZ晶振及定時器控制跑步時間及路程等信息的計算。 </p><p>　　第二章 跑步機系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><

32、;p>　　2.1發(fā)電裝置方案設(shè)計</p><p>　　圖2.1 發(fā)電機發(fā)電原理圖</p><p>　　根據(jù)能量守恒原理，人體的動能可以變?yōu)殡娔?，通過人體在跑步機上跑步帶動履帶產(chǎn)生動能，履帶運轉(zhuǎn)就可以帶動發(fā)電裝置，發(fā)電裝置內(nèi)置磁場與線圈繞組，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理通過線圈中磁通量的變化在閉合回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流，將其引出就可產(chǎn)生不穩(wěn)定的交流電。如圖2.1為發(fā)電機發(fā)電原理。

33、</p><p>　　圖2.2 跑步機與發(fā)電機銜接圖</p><p>　　節(jié)能式發(fā)電跑步機是在交流發(fā)電機發(fā)電的基礎(chǔ)上加裝齒輪履帶等將發(fā)電機軸承與跑步機的履帶主軸相連接，通過減速齒輪等的穩(wěn)定后用戶在跑步過程中就可帶動發(fā)電機的搖桿運動。</p><p>　　如圖2.2所示:跑步機的軸承以齒輪及履帶的方式連接在發(fā)電機上，人在3上跑動就可帶動履帶2運動，帶動軸承5與發(fā)電裝

34、置7運轉(zhuǎn)。也可將發(fā)電裝置安裝在1處，更方便液晶模塊在8處的接線顯示。通過跑步機軸承5的周長設(shè)定與履帶的傳動比與齒輪半徑就可確定出跑過的路程，根據(jù)霍爾或光電傳感器測得發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，以齒輪間的傳動比就能推得實際跑步過程中的速度并轉(zhuǎn)化為KM/H單位顯示在LCD上，單片機根據(jù)速度及定時器設(shè)置的定時就可算出路程等其他數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖2.3 系統(tǒng)總示意圖</p><p>　　如上圖2.

35、3總示意圖：人在跑步過程中帶動了發(fā)電機運動，發(fā)電裝置集成了整流橋與電容，LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，調(diào)節(jié)電位器使得電壓大約為14V為12V蓄電池充電，蓄電池儲能后供電于主控部分帶有LM7805穩(wěn)壓的單片機。單片機檢測到溫度設(shè)置超過閥門限度后自動開啟相應(yīng)的溫度或濕度狀態(tài)異常LED指示燈及蜂鳴器進行聲光報警，達到智能監(jiān)測控制舒適度的目的。</p><p>　　本設(shè)計將主要對傳統(tǒng)滾筒履帶型機械式跑步機進行加裝處理，若

36、直接將跑步機大鏈輪接自發(fā)電機的手搖桿軸上，則可能由于轉(zhuǎn)速過低導(dǎo)致發(fā)電電壓過低，故使用大齒輪帶動小齒輪的方式，大齒輪主動運動帶動履帶傳遞動能給小齒輪，小齒輪再來帶動發(fā)電機搖桿軸運轉(zhuǎn)，只要根據(jù)人的跑步速度范圍及公式計算線圈匝數(shù)及齒輪比，發(fā)出的交流電電壓將不會過小也不會過大，穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)。</p><p>　　2.2穩(wěn)壓芯片及穩(wěn)壓電路設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計中的電源是由于人體運動

37、帶動發(fā)電機運動產(chǎn)生的，在跑步機上運動的過程中人體不可能以一個恒定的速度運動，所以人體發(fā)出的電能是不規(guī)則且在不停變化的交流電，在本次設(shè)計中要使得發(fā)出為電壓大小穩(wěn)定的直流電，就需使用整流穩(wěn)壓電路并使用蓄電池電池來做電能儲存緩沖，在穩(wěn)壓芯片上選擇很多，常見的穩(wěn)壓芯片有7812、7912、7809等，考慮到要將電能儲存在12V蓄電池中 ，12VNP蓄電池滿電電壓可達14.5V，故穩(wěn)壓范圍大約應(yīng)在14-15V，選用7912這類固定值穩(wěn)壓輸出的穩(wěn)壓

38、器不能滿足要求。</p><p>　　LM317作為一只在各類穩(wěn)壓電路中經(jīng)常使用的經(jīng)典三端式可調(diào)集成穩(wěn)壓器，調(diào)壓范圍1.2-37V，最大負載輸出1.5A，因為其具備輸出電壓可調(diào)的優(yōu)勢，而且芯片內(nèi)通常含有過流與過熱狀態(tài)保護電路，調(diào)壓由可以滑動變化的電位器RP與定值電阻R組成，輸出電壓公式VOUT=1.25*（1+RP/R），所以選用LM317為穩(wěn)壓芯片非常合適。</p><p>　　圖2.4

39、 LM317穩(wěn)壓部分電路圖</p><p>　　如圖2.4，使用時先搭建全波橋式整流濾波電路，利用D1-D4四個IN4007整流二極管的單向?qū)ㄐ酝瓿葾C/DC轉(zhuǎn)變過程，此時電流為脈動直流電，使用C2、C3、C4電容濾波處理初步穩(wěn)壓，D6處的IN4001二極管防止發(fā)電機電壓低于蓄電池時反向放電，LM317穩(wěn)壓芯片再將電壓穩(wěn)定到用戶想要的值得到穩(wěn)定電壓，調(diào)節(jié)LM317上的電位器就可以調(diào)節(jié)電壓至14V以給蓄電池充電

40、。</p><p>　　如下圖2.5所示，由于蓄電池儲存的12V電能不能直接供給單片機使用，還需使用穩(wěn)壓范圍寬廣性能優(yōu)異的LM7805芯片，7805穩(wěn)壓范圍為7-36V，壓差最小為+2V，最大輸出電流1A，即使將經(jīng)317穩(wěn)壓后的14V發(fā)電機電壓直接加至7805上也能正常工作。使用7805將12V電壓進行二次穩(wěn)壓至5V以保證單片機電壓穩(wěn)定。</p><p>　　圖2.5 LM7805穩(wěn)壓模

41、塊原理圖</p><p>　　使用時在發(fā)電機正極處接入一只整流二極管以防止發(fā)電電壓過低時蓄電池對發(fā)電機反向放電，當用戶在跑步機上由于速度不夠或動作停止時蓄電池將作為儲備電源為單片機負載供電。當用戶發(fā)電電壓充沛時發(fā)電機將主要為單片機供電及為蓄電池充電，只要發(fā)電機性能優(yōu)秀發(fā)電電流夠大，發(fā)電機將提供少量電流來補償蓄電池局部作用的損耗并主要為負載供電，使蓄電池經(jīng)常保持在充電滿足狀態(tài)但又不至過充電。</p>

42、<p>　　這種使用蓄電池作為備用緩沖儲能電容的方式為“半浮充”方式，這種方式并不會損壞電池的壽命，相反其壽命一般較全充放工作方式的蓄電池要長。此時單片機、蓄電池與發(fā)電機總體呈并聯(lián)狀態(tài)。</p><p>　　2.3系統(tǒng)流程圖及工作原理</p><p>　　圖2.6 系統(tǒng)硬件總流程圖</p><p>　　系統(tǒng)硬件總流程框圖如圖2.6示。當用戶運動后產(chǎn)生的電

43、能先經(jīng)集成LM317穩(wěn)壓芯片的整流穩(wěn)壓電路整流成為穩(wěn)定的直流電，調(diào)節(jié)電壓后先使用萬用表確定穩(wěn)壓數(shù)值為14V后再給蓄電池充電，蓄電池給帶LM7805穩(wěn)壓器的STC89C52單片機供電保證正常使用，單片機再驅(qū)動語音或其他用電設(shè)備。</p><p><b>　　第三章 硬件部分</b></p><p>　　3.1單片機與中斷系統(tǒng)</p><p>　

44、　本次設(shè)計中采用經(jīng)典且穩(wěn)定耐用的STC89C52單片機作為邏輯主控制器，STC89C52單片機是51單片機的升級版，是一種低功耗，高性能的COMS8位微控處理器，使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，MAX810復(fù)位電路，采用PDIP封裝，。它與51單片機的指令完全兼容，不同的是C52單片機的EEPROM為4KB，擁有8KB的可反復(fù)擦寫FALSH ROM，這使得更大的程序也能夠?qū)懭雴纹瑱C，且相比51單片機多出了一個定時器，使用時只要將優(yōu)先級及延時

45、設(shè)置正確多個定時器就可以同時工作且不會互相影響，RAM方面相比51單片機也多出了128Byte，速度響應(yīng)更加迅速。</p><p>　　圖3.1 STC89C52RC引腳圖</p><p>　　如上圖3.1所示STC89C52單片機的引腳圖，其中VCC為+5V電源，GND為接地線，擁有32根可編程輸入/輸出引腳，4組8位的I/O口分別是P0、P1、P2、P3口，每個口有8根引腳，共計32

46、根可編程雙向I/O口，下圖3.2為單片機最小系統(tǒng)框圖，包括時鐘電路、復(fù)位電路、MCU和IO設(shè)備及電源。</p><p>　　圖3.2 單片機最小系統(tǒng)框圖</p><p>　　單片機內(nèi)部中斷是單片機技術(shù)中非常重要的一項內(nèi)容，設(shè)計中若想使得時間、路程準確計算并變化，一種方案是使用類似于DS1302的RTC時鐘芯片，晶振頻率32.76KHZ，但是這種方案較為繁瑣，還需外加紐扣電池來給時鐘芯片供

47、電。另一種方案是使用單片機內(nèi)置的12MHZ晶振定時器來產(chǎn)生準確時間，這種方案計時/計數(shù)精度也非常高，且無需外加電池即可使用，結(jié)合本次設(shè)計的多方面考慮，并不需要RTC時鐘芯片，使用定時器即可準確的計算時間、路程等數(shù)據(jù)。 </p><p>　　圖3.3 中斷系統(tǒng)的內(nèi)部原理圖 </p><p>　　如圖3.3所示，本次設(shè)計中系統(tǒng)所有參數(shù)的動態(tài)變化都是由于中斷引起的，51單片機中有5種中斷方式

48、，分別為外部中斷0與1，定時器0與1及串行口中斷，在本次設(shè)計中我們只使用定時器0及外部中斷0的下降沿觸發(fā)方式就可以滿足所有的功能要求且不會造成中斷沖突。</p><p>　　定時/計數(shù)器是利用單片機晶振產(chǎn)生準確計時的一種方式，打開EA總中斷允許與ET0中斷允許及開始位TR0后開始計時，在程序運行過程中定時器與主函數(shù)同時運行并在定時器初值的基礎(chǔ)上一個機器周期內(nèi)累加1，程序在運行過程中只要判斷定時器的值已經(jīng)溢出即進入

49、定時器中斷函數(shù)，直到執(zhí)行中斷函數(shù)完畢后又回到剛才進入中斷的程序處繼續(xù)執(zhí)行程序，等待下一次中斷并重復(fù)這個過程。</p><p>　　設(shè)計中使用的12MHZ晶振機器周期為1us，設(shè)置中斷初值為溢出位減1000并轉(zhuǎn)化為16位賦值定時器的高八位和低八位，得到周期為1MS的中斷計時，在主程序中進行變量判斷就可以準確的計算各種長度的時間。</p><p>　　圖3.4 單片機功能結(jié)構(gòu)框圖</p

50、><p>　　如圖3.4所示，在本次設(shè)計中測速模塊使用霍爾磁效應(yīng)傳感器，當INT0檢測到下降沿脈沖時觸發(fā)中斷，外部中斷函數(shù)內(nèi)對變量進行計數(shù)+1，定時器每秒統(tǒng)計變量數(shù)并及時清零以計算速度，累加路程及卡路里，需要注意的是單片機在浮點數(shù)與整數(shù)運算時必然會有誤差，軟件調(diào)試過程中采用了浮點數(shù)轉(zhuǎn)換浮點數(shù)及四舍五入的方法已經(jīng)盡可能的減少了誤差，實現(xiàn)各參數(shù)的精準計算。</p><p>　　3.2 LCD160

51、2液晶顯示模塊</p><p>　　考慮到本次設(shè)計顯示信息較多，若使用傳統(tǒng)數(shù)碼管顯示內(nèi)容將無法直觀全，且無論共陰極或共陽極數(shù)碼管多路顯示時需動態(tài)掃描，對單片機的處理性能影響很大，故應(yīng)選用液晶屏顯示模塊。液晶顯示型號有例如1601,0801,0802等，其中前兩位數(shù)字一般表示液晶顯示的長度單位，比如0802即為橫向8個字符豎向2排字符，1601為橫向16個顯示字符，豎向1排。本次設(shè)計中我們采用常用的自帶背光的160

52、2液晶顯示器，它的橫向顯示內(nèi)容為16個字符，豎向2排字符。 </p><p>　　圖3.5 LCD1602管腳圖</p><p>　　如上圖3.5所示其內(nèi)置16個管腳，其中VSS為電源地,VDD為+5V電源正接入口，V0處通常接入10K的電阻調(diào)節(jié)亮度，DB0-DB7為數(shù)據(jù)傳輸位，A極和K極分別為背光正極和負極，但編寫程序時只用其中的三

53、個（RS寄存器選擇、R/W讀寫信號線與LCD EN使能端）。</p><p>　　圖3.6 1602電位器調(diào)節(jié)圖</p><p>　　如圖3.6所示：LCD1602液晶通?？梢越尤胍粋€10K電阻的電位器調(diào)整亮度與對比度。但為了節(jié)省電能可以使用軟硬件結(jié)合的方法自動開啟及喚醒液晶背光，常用的方法可以在背光正極處接入一只PNP型常開三極管，使用I/O口控制三極管的導(dǎo)通與關(guān)閉及軟件編寫就可控制L

54、CD的背光延時熄滅，或者輸出脈寬調(diào)制PWM技術(shù)，根據(jù)調(diào)節(jié)PWM矩形波的占空比或頻率也可調(diào)節(jié)亮度。但是最簡單的方法是直接將背光K極連接至單片機的一個可編程I/O口，當I/O口置位于高電平時背光熄滅，低電平時打開，通過軟件就可以設(shè)置一定延時后自動熄滅，在用戶有操作時自動打開，這樣更加符合本設(shè)計節(jié)能環(huán)保的理念，在本次設(shè)計中我們設(shè)置了延時60S自動關(guān)閉背光。</p><p>　　圖3.7 內(nèi)部RAM結(jié)構(gòu)圖</p&

55、gt;<p>　　如圖3.7為液晶內(nèi)部RAM的映射圖，在進行寫COM指令時地址從0x00至0x67，而初始化后1602顯示地址范圍只能從0x00到0x0F與0x40至0x4F,進行滾屏移動時正是利用了這一點，移動LCD的屏幕顯示起始地址位置并設(shè)置一定的延時函數(shù)就可做出動態(tài)位移的顯示效果。1602字符液晶顯示時與ASCII字符表是對應(yīng)的，在進行寫入數(shù)據(jù)命令時使用兩位16進制數(shù)字來表示字符或數(shù)字，對應(yīng)的ASCII碼為顯示內(nèi)容。

56、</p><p>　　圖3.8 1602寫操作時序圖</p><p>　　如圖3.8所示，在使用LCD1602時，有讀與寫操作兩個時序，通常只需按照時序圖進行寫操作即可驅(qū)動液晶，在進行寫指令時，需要把RS設(shè)置于低電平，RW設(shè)置于低電平，將數(shù)據(jù)由P0口傳送到數(shù)據(jù)口D0-D7，寫入指令時給E引腳產(chǎn)生一個高脈沖即可。在進行寫數(shù)據(jù)時，把RS置為高電平，RW置為低電平，將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0~D7，

57、同樣為E引腳產(chǎn)生一個高脈沖就可寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.3 DHT11溫濕度模塊</p><p>　　DHT11作為一款溫濕度傳感器，并不需要額外的ADC進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，是一款內(nèi)置已校準數(shù)字信號的集成傳感器。含有的傳感器包括電阻式感濕元件和NTC測溫元件，高性能8位單片機。使用DHT11時需遵循主從結(jié)構(gòu)通訊關(guān)系，只有當主機發(fā)出信號時從機才會應(yīng)答傳輸數(shù)據(jù)，DHT11測溫范圍為0-50

58、℃，測濕范圍20%-90%RH，誤差分別是+-2℃和+-5%RH，故使用時不同于DS18B20須精確到小數(shù)點后一位，但是作為一款復(fù)核數(shù)字溫濕度傳感器且其動態(tài)響應(yīng)速度十分快，性價比已經(jīng)非常高。</p><p>　　圖3.9 DHT11典型電路圖</p><p>　　如圖3.9所示，DHT11與DS18B20類似，是通過單總線與MCU通訊的，數(shù)據(jù)傳輸時只要一根DATA線就可一次傳輸40位數(shù)據(jù)

59、，高位數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸，其數(shù)據(jù)格式為濕度整數(shù)與小數(shù)數(shù)據(jù)+溫度整數(shù)與小數(shù)數(shù)據(jù)+校驗位，其中每個獨立數(shù)據(jù)都為8bit，在本次設(shè)計使用了外部中斷0及定時器0中斷。</p><p>　　DHT11對時序圖程序要求十分嚴格，若當其進行主從機通訊時發(fā)生了中斷，數(shù)據(jù)傳輸將會被打亂，故當MCU與DHT11進行數(shù)據(jù)傳輸時每次傳輸數(shù)據(jù)后都應(yīng)判斷8bit校驗位是否完整，如果完整則保留數(shù)據(jù)否則就舍棄數(shù)據(jù)等待下一次傳輸。需要注意的是該傳感器上

60、電后需要1S的穩(wěn)定時間，此時不能進行任何數(shù)據(jù)傳輸，每次傳輸數(shù)據(jù)時應(yīng)該為其預(yù)留5S的緩沖時間。</p><p>　　圖3.10 DHT11時序圖</p><p>　　如圖3.10所示，傳輸數(shù)據(jù)時總線空閑狀態(tài)始終為高電平，傳輸前主機先把總線拉低大于18ms來等待DHT11響應(yīng)，DHT11檢測到開始信號后開始等待開始信號的結(jié)束并發(fā)送80us的低電平響應(yīng)信號，當主機發(fā)送開始信號結(jié)束后延時20-4

61、0us后讀取其響應(yīng)信號并由上拉電阻拉高總線。</p><p>　　當檢測到總線為低電平時說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，把總線拉高至80us傳輸數(shù)據(jù)，每組傳輸數(shù)據(jù)以50us低電平間隙發(fā)送，數(shù)據(jù)為0或1由高電平的時間長短決定，直至傳輸完最后一組數(shù)據(jù)后上拉電阻拉高總線使其進入空閑狀態(tài)。</p><p>　　3.4霍爾效應(yīng)傳感器測速模塊</p><p>　　霍爾傳感器是根據(jù)霍

62、爾效應(yīng)制作出的一種磁場傳感器，是1879年霍爾在研究金屬導(dǎo)電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的，利用這一現(xiàn)象制成了各種霍爾元件。在本次設(shè)計中測速為重中之重，也是計算卡路里、路程等參數(shù)的數(shù)據(jù)來源。故測速一定要準確并契合實物的設(shè)計。去除一些不精確的常規(guī)測速方式后在測速模塊上的選擇有以下兩個方案：</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　使用對射極光電碼盤測速，如圖3.

63、11所示：該方案使用編碼器組成光電脈沖式測速傳感器，在光電編碼器測量過程中，光柵盤與發(fā)電機主軸同時旋轉(zhuǎn)，光電光敏檢測裝置將輸出若干個脈沖信號，根據(jù)單片機測量出該信號的每秒脈沖數(shù)便可計算出電機轉(zhuǎn)速。比如若編碼數(shù)為30個，時間T為一個接收脈沖周期，INT接收到的脈沖數(shù)為N,則轉(zhuǎn)速=N/（T*30）*60=2N/T（r/min）。</p><p>　　該方案雖然精度較高，但有一個很大的缺陷就是裝置體積大，安裝在電動機上

64、空間足夠，但若安裝在發(fā)電機上因為齒輪與發(fā)電機之間的嚙合實際空間十分狹小，安裝將十分困難。</p><p>　　圖3.11 光電編碼器測速原理圖</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　使用霍爾傳感器測速，如圖3.11，給Z軸方向上加磁場強度為B的勻強磁場，IC方向為通過半導(dǎo)體薄片的電流，則在XYZ三維空間中會產(chǎn)生垂直

65、于IC與磁場方向的感應(yīng)電勢差UH，這個現(xiàn)象的產(chǎn)生即為霍爾效應(yīng)。</p><p>　　圖3.12 霍爾效應(yīng)原理圖</p><p>　　如圖3.13，該方案利用霍爾效應(yīng)與集成電路技術(shù)相結(jié)合的磁敏傳感器，它能夠感知與磁信息有關(guān)的變量并輸出不同脈沖信號，當導(dǎo)體接近傳感器時傳感器輸出高電平，遠離時輸出低電平，傳感器將接受到的高低電平信號轉(zhuǎn)換為MCU能識別的TTL電平，使用時傳感器接至外部INT0口

66、，設(shè)置工作方式為下降沿觸發(fā),中斷函數(shù)內(nèi)設(shè)置累加變量，定時器定時對變量進行計算并清零就可以算出轉(zhuǎn)速進而轉(zhuǎn)化為速度及里程。</p><p>　　圖3.13 霍爾傳感器測速原理圖</p><p>　　無論是霍爾測速還是對射極光電碼盤測速的精度都可以達到要求，但是綜合考慮到發(fā)電機之間還有減速齒輪，安裝空間并不適宜用光電碼盤測速，我們使用第二種霍爾傳感器測速方法，安裝時十分簡單，只需將磁鐵塊吸附在

67、轉(zhuǎn)動齒輪上，設(shè)置傳動比及齒輪半徑就可將速度轉(zhuǎn)換為KM/H的實時速度并顯示出來。</p><p>　　本次設(shè)計使用A1344E-402型號大芯片高靈敏度的霍爾傳感器。考慮到跑步時電機轉(zhuǎn)速的速度一般不會大于100R/S，轉(zhuǎn)速不高的情況下磁極數(shù)目無需過多測量就足夠精準，而無論磁鐵數(shù)目是多少只要當每個磁鐵都產(chǎn)生了一次脈沖信號后即認為齒輪轉(zhuǎn)動一圈。</p><p>　　比如當磁鐵數(shù)目為10個時，Rs

68、=(K/10)/T,在本設(shè)計中T為1S，K為一個周期內(nèi)接收到的累加脈沖信號，即Rs=K/10（R/S），換算成RPM（轉(zhuǎn)速/分鐘）=（K/10）*60。</p><p><b>　　第四章 軟件部分</b></p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件模塊組成</p><p>　　本設(shè)計軟件程序部分使用Keil uVision4完成編譯調(diào)試。使用語句明

69、了，邏輯運算清晰的C語言設(shè)計完成各個模塊程序功能的實現(xiàn)及互相結(jié)合。程序主要包括各硬件模塊初始化部分、數(shù)據(jù)監(jiān)測及計算并顯示部分、溫濕度報警部分和用戶互動控制界面部分。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)軟件功能框圖</p><p>　　如圖4.1，本設(shè)計中軟件部分為重中之重，若想使得計算的結(jié)果準確可靠，設(shè)計軟件的算法就必須面面俱到的考慮，單片機對所有1以下的整型數(shù)都會舍棄小數(shù)點后的數(shù)字，比

70、如0.8并不等于1而是等于0。所以在設(shè)計軟件方面，速度的變量準確度將直接影響著其他例如路程、卡路里計算的精準度。</p><p>　　根據(jù)調(diào)研市場上電動跑步機上的面板參數(shù)，速度顯示通常不為M/S而是KM/H，卡路里顯示通常都為大卡即千卡（Kcal），所以在設(shè)計軟件時利用浮點數(shù)累加轉(zhuǎn)換浮點數(shù)的方式來減少誤差。</p><p>　　設(shè)計思路是將速度首先轉(zhuǎn)換為兩個獨立的變量分別是M/S的浮點數(shù)及

71、KM/H的浮點數(shù)，然后在每秒中斷時用對M/S浮點數(shù)進行累加計算路程，最后設(shè)置一個整型速度及整型路程來接收浮點數(shù)KM/H速度及路程并顯示出來，這樣浮點數(shù)的精度將很大程度的得以保留，使得計算結(jié)果更加準確。</p><p>　　卡路里的算法與體重和距離（公里）有關(guān)，故還需設(shè)計用戶按鍵體重輸入程序。由于顯示的內(nèi)容還包括溫濕度，所以采用了動態(tài)顯示的方式循環(huán)顯示溫濕度及路程和卡路里變量，也可通過按鍵控制關(guān)閉循環(huán)顯示，使得本設(shè)

72、計各個方面都更顯人性化。</p><p>　　4.2軟件模塊化編程方法</p><p>　　在進行軟件編程時對定時器中斷的初值賦值尤為重要，各模塊間監(jiān)測速度與路程等變量的延時設(shè)置不能太長也不能太短，太長的話變化不夠明顯，太短了又耗費單片機性能且由于變化太快易造成觀看者視覺疲勞，還會在當跑步者速度太慢時造成脈沖丟失而LCD顯示紊亂。</p><p>　　經(jīng)過市場調(diào)研后

73、結(jié)合跑步者運動情況，設(shè)計定時器檢測周期為1ms，顯示周期為1s，這樣既不會由于顯示太快使得單片機負載過重，也不會造成數(shù)據(jù)丟失從而精度不夠，觀測效果也將更加明了舒適。</p><p>　　4.2.1顯示模塊編程</p><p>　　圖4.2 LCD液晶顯示流程圖</p><p>　　如圖4.2所示，當單片機打開電源后，軟件將首先對LCD液晶進行初始化，并寫入歡迎語句

74、以便測試液晶顯示狀況，然后顯示體重設(shè)置界面，用戶只有對體重進行調(diào)節(jié)并確認后才會進入主界面。在主界面中LCD液晶將循環(huán)的檢測指令并顯示，當用戶有按鍵介入時LCD很快的完成清屏初始化及改變相應(yīng)的寫入地址和指令，實現(xiàn)人機交互。 </p><p>　　4.2.2數(shù)據(jù)處理模塊編程</p><p>　　如圖4.3所示，當霍爾傳感器檢測到有磁鐵靠近并遠離后將發(fā)送一個下降沿脈沖信號給INT0，定時器每秒

75、檢測INT0的脈沖信號數(shù)并及時清零，如果檢測到在一周期為脈沖數(shù)為0則表明跑步動作沒有開始，這種測速方法為周期計數(shù)法。</p><p>　　此時LCD液晶上的路程、卡路里、跑步時間等顯示將不會變化，直至在某個定時周期內(nèi)檢測到了脈沖數(shù)不為0，表明跑步動作已經(jīng)開始則打開各變量開始接受數(shù)據(jù)并計時，路程等變量也以1s為周期顯示在LCD上顯示出來，直至檢測到某一周期內(nèi)脈沖數(shù)為0停止計時并統(tǒng)計各個數(shù)據(jù)，將統(tǒng)計到的數(shù)據(jù)經(jīng)算法處理

76、后顯示在LCD上等待下一次脈沖。</p><p>　　圖4.3 霍爾傳感器測速流程圖</p><p>　　4.2.3環(huán)境監(jiān)測模塊編程</p><p>　　如圖4.4所示，當初始化DHT11并預(yù)留給其足夠的緩沖時間后，DHT11開始工作，因為DHT11精度原因只需每次檢測溫濕度數(shù)據(jù)中的高八位即可，將其實時顯示在LCD屏幕上，如果檢測到溫濕度超過了設(shè)置好的上限或下限閥

77、門就打開相應(yīng)的溫度或濕度紅色LED異常狀態(tài)指示燈，同時蜂鳴器鳴笛進行聲光報警，直至檢測到溫濕度沒有超過閥門時關(guān)閉蜂鳴器與指示燈。</p><p>　　在本設(shè)計中用戶可以手動設(shè)置上限或下限閥門，閥門之間的邏輯關(guān)系為“或”，因此并不會互相影響。用戶可以任意設(shè)置溫濕度每一個上下限閥門的數(shù)值或開啟與關(guān)閉，實現(xiàn)更加人性化的溫濕度度控制報警功能。</p><p>　　圖4.4 DHT11溫濕度檢測流

78、程圖</p><p>　　4.2.4聲光報警模塊編程</p><p>　　圖4.5 蜂鳴器與LED電路圖</p><p>　　如圖4.5所示，在跑步過程中溫濕度對運動者跑步健康的影響很大，人體對溫度的感知能力有限，故需要一種溫濕度聲光報警控制系統(tǒng)。在聲音方面若使用無源蜂鳴器還需向I/O口發(fā)送PWM方波，有源蜂鳴器則要簡單得多，只要給I/0口編程為高電平蜂鳴器就能發(fā)

79、出一定頻率的聲音。</p><p>　　本次設(shè)計中聲光報警使用兩顆紅色LED燈和有源蜂鳴器實現(xiàn)，但I/0口的拉電流能力有限，而蜂鳴器在蜂鳴時需要較大的電流，S8050是常見的NPN型晶體三極管，可以用作開關(guān)電路或高頻放大，經(jīng)常被使用在各類電路中。S8050最大集射擊穿電壓25V，最大集電極電流ICM=800mA,足以驅(qū)動一般的蜂鳴器，使用時在蜂鳴器兩端并聯(lián)一只反向保護二極管（1N4007）。用戶設(shè)置溫濕度界面使用

80、獨立按鍵移動光標調(diào)節(jié)范圍值，因為DHT11的檢測范圍原因，溫濕度調(diào)節(jié)范圍為0-50℃與20%-90%RH。</p><p>　　如上圖4.4所示，在編程中將有源蜂鳴器定義接入P24口，P10與P11口分別接入溫濕度LED異常狀態(tài)指示燈。I/O口P10和P11也可以接入繼電器驅(qū)動用戶的家用加濕器或電風(fēng)扇等設(shè)備，從而營造一個舒適的跑步環(huán)境。</p><p>　　4.3軟件設(shè)計總流程圖</

81、p><p>　　圖4.6 軟件設(shè)計總流程圖</p><p>　　如圖4.6所示：打開單片機電源后將初始化LCD，同時初始化DHT11并打開定時器中斷允許開始脈沖計數(shù)，以防在設(shè)置完畢后因初始化硬件時間預(yù)留不足而出現(xiàn)顯示紊亂的情況。</p><p>　　硬件上電后后首先進入體重設(shè)置，用戶可以通過加減按鍵設(shè)置體重并確認退出，MCU將在這期間接收到的INT0脈沖數(shù)及初始化DH

82、T11后讀取到的溫濕度值進行各類數(shù)據(jù)分析及處理，LCD進入主界面并顯示數(shù)據(jù)，在主界面中如果檢測到用戶有按鍵輸入則打開相應(yīng)的設(shè)置界面或其他功能，待用戶在其他界面設(shè)置完畢后MCU再次讀取用戶設(shè)置的數(shù)據(jù)（例如溫濕度閥門，體重等數(shù)據(jù)），并進行相應(yīng)的內(nèi)部運算及處理。</p><p><b>　　4.4系統(tǒng)仿真調(diào)試</b></p><p>　　如圖4.7所示，在本次設(shè)計中使用ED

83、A軟件proteus8.3進行軟硬件仿真調(diào)試，相比7.8版本加入了新的元器件庫，其中含有DHT11溫濕度元件，使得仿真工作更貼合實際。</p><p>　　圖4.7 系統(tǒng)仿真總圖</p><p>　　如圖4.8，設(shè)計中霍爾測速傳感器難以仿真，使用脈沖觸發(fā)器與獨立按鍵來替代，按下按鍵就可以改變INT0接收脈沖的時間，模擬出速度脈沖在變化過程中的現(xiàn)象。</p><p>

84、　　圖4.8 霍爾測速仿真圖</p><p>　　如下圖4.9所示，溫濕度報警指示燈模塊使用兩個LED紅色指示燈來仿真，其中的電阻可以代替繼電器等設(shè)備，以控制加降溫濕度。S8050三極管驅(qū)動有源蜂鳴器，控制系統(tǒng)的4個獨立按鍵高電平觸發(fā)。</p><p>　　圖4.9 溫濕度報警與蜂鳴器按鍵仿真圖</p><p>　　如圖4.10與4.11所示，經(jīng)過調(diào)試后proteu

85、s仿真中所有功能都正常實現(xiàn)，雖然仿真只是一個軟件模擬平臺，但是它簡單快捷，使用方便，合理的規(guī)劃出實物制作方案，節(jié)約時間。</p><p>　　圖4.10 系統(tǒng)仿真結(jié)果圖1</p><p>　　圖4.11 系統(tǒng)仿真結(jié)果圖2</p><p><b>　　第五章 總結(jié)</b></p><p>　　5.1跑步機系統(tǒng)設(shè)計工作總結(jié)

86、</p><p>　　本文設(shè)計出的自發(fā)電跑步機，可以實現(xiàn)電動跑步機的運動信息監(jiān)測功能，用戶在跑步過程中帶動履帶與減速齒輪產(chǎn)生不穩(wěn)定的交流電，經(jīng)過整流濾波與LM317存儲于12V蓄電池中、蓄電池經(jīng)LM7805穩(wěn)壓后供電于單片機，也可直接供電于其他用電設(shè)備。這種半浮充的用電方式非常靈活與高效節(jié)能。用戶在跑步中產(chǎn)生的電能一部分用于儲存，一部分用于給單片機供電，實現(xiàn)低碳，自循環(huán)，實際產(chǎn)品成本將十分低廉。這是一個集舒適，低

87、成本，節(jié)能環(huán)保于一體的設(shè)計，對人們提高健身興趣與增加鍛煉效果有很大的意義。軟件方面采用了模塊化的設(shè)計編程方法，本次設(shè)計主要完成了這些方面：</p><p>　　（1）相比傳統(tǒng)的機械式與電動跑步機，本設(shè)計中的節(jié)能式跑步機可以實現(xiàn) 自發(fā)電與各類信息檢測與顯示，更符號當前社會的低碳生活要求與主流價值觀。</p><p>　　（2）具有溫濕度報警功能，為用戶直觀的營造舒適的跑步環(huán)境。

88、</p><p>　?。?）根據(jù)Keil UV4，設(shè)計并完成了各個軟件模塊的程序編寫。</p><p>　　（4）設(shè)計了各個模塊，并運用protel 99se繪制了系統(tǒng)總原理圖。</p><p>　　（5）使用Proteus 7.8對總系統(tǒng)進行了仿真并調(diào)試成功。</p><p>　　5.2產(chǎn)品化設(shè)計的改進</p><p&g

89、t;　　（1）在本次設(shè)計中雖然盡可能的模擬了實際跑步過程中的情況，但是鑒于成本電機與齒輪的選用并不能以真實跑步機為標準，齒輪方面應(yīng)選用大慣性大重量金屬來做減速齒輪，永磁發(fā)電機也應(yīng)挑選合適的功率來實現(xiàn)真實跑步機的產(chǎn)品化。</p><p>　?。?）在機械改裝方面還需進一步的考慮，比如跑步時機軸承的選擇，機板傾斜角度的設(shè)定等，整個系統(tǒng)還應(yīng)該更多的考慮經(jīng)濟性與便捷性的問題。</p><p>　　

90、（3）由于機械跑步機的飛輪間摩擦影響還是很大，所以如果能研究出一種摩擦因數(shù)非常小的材料，會有更好的發(fā)展前景。</p><p>　　圖5.1 跑步機未來發(fā)展趨向圖</p><p>　　5.3跑步機設(shè)計研究展望 </p><p>　　當今社會人們越來重視運動與健身，說跑步是一項全民運動也不為過，但是人們對跑步的要求已經(jīng)越來越苛刻。在戶外健身因場地問題很大程度上對人們造

91、成了困擾，越來越多的人選擇使用跑步機，其經(jīng)濟、社會意義前景十分巨大。</p><p>　　雖然相比非電動式跑步機，電動跑步機運動更加輕松，但是其經(jīng)濟性與價格十分高，并不是每一個家庭都能夠承受的起或者愿意買單，所以研究一種結(jié)合機械式與電動式跑步機的新型跑步機產(chǎn)品十分必要，機械式跑步機擁有結(jié)構(gòu)簡單，不易損壞，價格便宜等優(yōu)點，在此基礎(chǔ)上設(shè)計的跑步機還可以加入電動跑步機的運動信息檢測功能，通過增加自發(fā)電功能及一定的設(shè)備輔

92、助，相比更能迎合大眾需要與市場需求。</p><p>　　本設(shè)計中的跑步機簡單經(jīng)濟，且具有實用價值，其節(jié)能環(huán)保，更符合當前社會的生活需求，以單片機實現(xiàn)運動信息檢測與顯示功能，更讓用戶可以清楚的定制跑步計劃，更好的實現(xiàn)跑步質(zhì)量與效果，是一款與時俱進的器材。本設(shè)計中主要使用了DHT11傳感器與霍爾效應(yīng)測速傳感器，以STC89C52芯片為主控核心，LCD1602作為液晶顯示面板。發(fā)電機發(fā)出的不規(guī)則電壓經(jīng)保護與穩(wěn)壓電路后

93、產(chǎn)生12V的可用直流電，以半浮充的方式存儲在蓄電池內(nèi)，蓄電池對整個跑步機系統(tǒng)進行電能供給與緩沖。整個設(shè)計的理念是使運動能夠合理的統(tǒng)籌安排，環(huán)保低碳。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　經(jīng)過這兩個月的畢業(yè)設(shè)計，我真的學(xué)會了很多很多知識，從上網(wǎng)查閱到資料到形成自己的思想體系，這期間有很多的困難與阻撓，但是慶幸的是我堅持了下來，攻克了一個又一個

94、的難關(guān)，學(xué)到知識是一方面，但是更重要的是我學(xué)會了解決問題的思維方式與堅持不懈的精神。</p><p>　　在學(xué)習(xí)單片機的過程中，我逐漸的對單片機產(chǎn)生了極其濃厚的興趣，不光在硬件的設(shè)計上，軟件的編寫上，更多的是對實現(xiàn)了自身設(shè)計期望目標的一種成就感，從使用Proteus仿真軟件，Keil開發(fā)軟件的無數(shù)次調(diào)試，到實物的焊接，燒寫程序后發(fā)現(xiàn)問題不斷改進，最終將硬件與軟件都盡我最大的努力做到了完美，當我看到成品真的完美運行

95、的時候，我由衷的欣慰，這兩個月的努力并沒有白費。</p><p>　　做這次的畢業(yè)設(shè)計，不光是對我學(xué)習(xí)單片機期間努力的一種肯定，也是對我四年大學(xué)生活的肯定，對十幾年的求學(xué)生涯的認可。這種精神是很可貴的，我想也是每個人一生里最值得回味的。</p><p>　　從實踐中得到的知識比從書中得到的要有趣的多，但是若沒有在網(wǎng)上，書上的資料，也不可能學(xué)習(xí)的如此之快，也只有兩者結(jié)合后才是真正的生產(chǎn)力，才

96、是推動人類科技文明發(fā)展的最好方式。但更重要的是有不放棄，不妥協(xié)的心，努力的發(fā)現(xiàn)問題，思考問題，解決問題，絕不向各類困難低頭，希望這種科研探索的精神能陪伴我一生。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　大學(xué)四年的生活終于要步入尾聲了，經(jīng)過這兩個月的不斷探索、思考與實踐，我終于圓滿完成了我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容，從理論知識的歸納梳理，到宏觀方向的框架建

97、立，再到細節(jié)的不斷完善與功能的完美實現(xiàn)，我學(xué)習(xí)到了很多，真的很感謝我的畢設(shè)指導(dǎo)老師羅祖軍老師，羅老師嚴謹而開朗的學(xué)術(shù)態(tài)度讓我非常感動。</p><p>　　授人以魚不如授人以漁，羅老師教會了我怎樣去學(xué)習(xí)，去自己動手探索與思考，每當我有問題想詢問羅老師時，老師不管多忙都能抽空對我耐心指導(dǎo)，并對我設(shè)計中的問題進行具體分析與探討，羅老師這種實事求是、一絲不茍的學(xué)術(shù)態(tài)度是極其可貴的，在這段與老師的學(xué)術(shù)與創(chuàng)新思想碰撞的日子

98、里，我十分的充實快樂，我想未來無論身在何地，從事什么工作，這都會是我這一生中一段無法忘記的寶貴經(jīng)歷。 </p><p>　　同時我也要感謝在做這次的畢設(shè)中給我提供了資料的作者們，是你們的辛勤勞動才讓我能夠事半功倍，汲取精華部分。</p><p>　　也感謝我自己順利完成了大學(xué)四年的修習(xí)任務(wù)，翻開人生中新的篇章，感謝培育我的學(xué)校，祝母校蒸蒸日上，在此，我再一次的對幫助過我的老師和作者表示感

99、謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張洪潤．傳感器應(yīng)用技術(shù)300例．上冊[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008,(18):125. </p><p>　　[2] 李華. MCS- 51 系列單片機實用接口技術(shù)[M].北京:航空航天大學(xué)出版 社,2003,(35):135-138.</p&

100、gt;<p>　　[3] 余成波．傳感器及自動檢測技術(shù)[M]．北京：高等教育出版社，2005,(19):122-123. </p><p>　　[4] 陳浩. 單片機原理的應(yīng)用與開發(fā)技巧探討[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報(科學(xué)教育版),2011,(04):131-132. </p><p>　　[5] 常鳳楠,陳忠孝,魏建全,史園輝,邵亞強. 語音控制的節(jié)能舒適型機械式跑

101、步機[J]. 山東工</p><p>　　業(yè)技術(shù),2015,(18):140. </p><p>　　[6] 梁強. 字符型液晶模塊1602快速應(yīng)用[J]. 科技信息,2012,(35):138-139. </p><p>　　[7] 丁芝琴. 基于霍爾傳感器的電機測速裝置設(shè)計[J]. 農(nóng)機化研究,2010,(05):81-83. </p>&

102、lt;p>　　[8] 李德路,侯文寶. 基于DHT11室內(nèi)溫/濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 智能建筑與城市信息,2013,(11):62-64. </p><p>　　[9] 曹治龍. 51系列單片機編程的實現(xiàn)[J]. 硅谷,2012,(12):150-151+47.</p><p>　　[10]王曉旭. 數(shù)控可調(diào)直流電源的研制[M].華中科技大學(xué),2012,(05):77-79.&

103、lt;/p><p>　　[11]陳浩. 單片機原理的應(yīng)用與開發(fā)技巧探討[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報(科學(xué)教育版),2011,(04):131-139. </p><p>　　[12]馮平,張治中. 基于可調(diào)式穩(wěn)壓器LM317的直流穩(wěn)壓電源[J]. 電子測試,2009,(05):70-73+89.</p><p>　　[13]葉景. 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 中

104、國新通信,2008,(13):49-52.</p><p><b>　　附錄A 原理圖</b></p><p><b>　　附錄B 實物圖</b></p><p><b>　　附錄C 源程序</b></p><p>　　#include <reg52.h>

105、 </p><p>　　#define K 1 //定義減速齒輪之間的傳動比，默認為1</p><p>　　#define R 0.05 //定義傳感器檢測齒輪半徑0.05（米）</p><p>　　#define CITIE 5

106、 //定義齒輪轉(zhuǎn)動一圈磁鐵脈沖數(shù)</p><p>　　typedef unsigned int u16; </p><p>　　typedef unsigned char u8;</p><p>　　sbit Data=P3^7; //定義DHT11數(shù)據(jù)線</p><p&

107、gt;　　sbit k4=P2^0; //定義按鍵K1 K2 K3 K4接口</p><p>　　sbit k1=P2^3;</p><p>　　sbit k2=P2^2;</p><p>　　sbit k3=P2^1;</p><p>　　sbit beep=P2^4;

108、 //定義源蜂鳴器在P16口</p><p>　　sbit lcden=P2^5; //LCD1602管腳接口定義 </p><p>　　sbit lcdrs=P2^7;