基于k60的智能哑铃设计毕业设计正文终稿.docx

题 目： 基于K60的智能哑铃设计关键词： 智能哑铃 ，K60微控制器 ，陀螺仪 ，加速度计传感器MMA8451 ，语音模块 摘要：利用单片机、传感器和语音模块设计一种可以统计训练信息，并将训练结果进行语音播放的智能哑铃。传感器模块实时采集运动信息，并将信息发送给单片机，单片机计算出训练的组数，通过语音模块播放出来，使运动者实时了解运动情况。同时语音模块可识别锻炼者的语音信息，完成对智能哑铃控制信息的输入。通过自行设计所需电路，编写控制程序，成功地实现了哑铃锻炼的智能控制。The Design of Intelligent Dumbbell Based on K60 Microcontroller Abstract: Using microcontroller, sensor and voice module designed an intelligent dumbbell which can count training information and broadcast training results. Sensor module collected training information in real time, sent the information to the microcontroller, then microcontroller calculated the times of training, and broadcast by voice module, made the trainer obtain the motion information of real time.Voice module can identify the trainers voice messages at the same time, completed the control input of the intelligent dumbbell. By designing the circuit, writing control program, it successfully finished the intelligent control of the dumbbell exercise. Keywords: intelligent dumbbell；K60 microcontroller; gyroscope; triaxial accelerometer; voice module1引言随着现代科技水平的飞速发展，智能化已经成为了当代的主题。智能化手机、智能化门铃方便了人的生活；智能化生产流水线、智能化监控体系提高了工作效率。但纵观国内健身器材市场，智能化产品却寥寥无几。把科技的力量和健身器材相结合，进行健身器材的智能化开发和研究成了一个十分必要的课题。在智能哑铃系统设计中加入传感器模块和语音模块，使整个系统具备人机交互功能，能够更好地实现智能健身的目的。2系统主要功能及硬件构成2.1 系统主要功能 本设计实现能够采集、处理训练信息，并将训练结果加以语音播放的智能哑铃。智能哑铃共有三部分，分别是主控芯片、传感器模块和语音模块，如图1所示。采用飞思卡尔公司的K60微控制器为主控芯片，处理传感器模块采集的信息，并对语音模块进行信息交互和实时控制。为了能够采集有效信息，传感器采用对运动量可以精确采集的MMA8451三轴加速度计和三轴陀螺仪，它们能够有效地采集训练的信息量，并周期性的发送给MCU。语音模块作为本设计中的人机交互通道，把MCU处理后的有效信息通过语音播报的形式反馈给训练者，并把训练者的语音控制指令传输给MCU，用语音对哑铃进行控制，如选择播放不同的音乐等，实现人机互动的功能。MK60DN512主控模块图1 智能哑铃硬件系统结构图Fig.1 Hardware system construction diagram of intelligent dumbbell 2.2系统硬件构成2.2.1 K60微控制器K60微控制器是飞思卡尔公司在32位K系列MCU基础上推出的新一代的双核微控制器，是拥有卓越的性能的32位微控制器。它的CPU工作频率最高可达80MHz，同时集成了丰富的通信功能、定时器功能和支持高达12位精度的A/D采样功能，广泛应用于无线通信、手持式设备、小家电、基于简化型媒体控制器（SMAC）等系统中。本设计选用K60系列的MK60DN512VLL10单片机（内部拥有128KBFlash，8KBRAM）作为核心部件。2.2.2 MMA8451三轴加速度计加速度计近些年来被广泛地应用到各种智能产品中，包括智能手机、飞机导航系统等领域。MMA8451加速度传感器是飞思卡尔公司生产的一款三轴定位12位/8位精度转换的数字加速度计，16引脚，QFN封装，数字I2C输出。可检测自由落体、运动、脉冲、振动、倾角等，32个采样FIFO，每次采样都通过高通滤波后传入FIFO。MMA8451通过感知X、Y、Z三个自身定位的坐标轴上的加速度（包括重力加速度），并将其模拟量进行A/D转换，变成8位精度的数字量之后，再通过I2C总线传递给MCU。MCU通过把三个轴的分量合并后，与重力加速度进行比较，来确定物体是否加速运动。当只有重力加速度作用的时候，可进一步确定其角度。2.2.3 ENC-03陀螺仪ENC-03陀螺仪是一种微机械陀螺仪，一个陀螺仪能够测量一个轴的角速度，并传递给MCU相应的电压信号，MCU通过其内部集成的A/D采集模块进行数据的读取。通过陀螺仪采集到的角速度和加速度计的重力加速度，可以得到哑铃的空间状态。例如以角速度方向改变作为依据，来进行计数，得到训练者总共做了几次哑铃运动；通过确定两次角速度为零时，加速度计的角度，来确定每次运动转过的角度。2.2.4 语音模块语音模块包括语音识别终端、语音处理器、语音输出终端、SCI模块、SD卡等，通过SCI模块与MK60DN512VLL10主控模块进行通信。本设计采用M08-A语音模块进行信息的输出与反馈，其主要功能有两点：（1）当语音模块处于工作状态时，对其说出特定的词语或句子，此时由麦克识别该声音，之后由内部芯片对其处理，若识别成功，内部的芯片会产生相对应的二进制代码，并访问SD卡中以相同二进制代码命名的一条语音记录，通过扬声器进行播放。此语音内容可人为更改为自己想用的内容。（2）通过输入端接受单片机的SCI模块发来的二进制代码，根据此二进制代码访问语音模块SD卡中以相同二进制代码命名的一条语音记录4，通过扬声器进行播放。3系统软件设计本设计采用C语言编程，使用Code Warrior 5开发环境，通过BDM进行调试和下载。系统软件设计流程如图2所示。MCU初始化各个驱动程序之后，等待语音模块通过SCI模块发来信息，当语音模块接收到“开始”命令之后，发送信息给MCU。MCU接收到开始信息之后，通过PIT中断实现周期性的采集陀螺仪和加速度计的数值，并储存到内存中。被MCU不断分析来获取哑铃的状态并进行计数。当接收到“停止”指令后，停止采集。在采集数据期间，各个采集时刻的每个坐标轴上的受力就可通过F=ma求得，这里要求哑铃的重量已知，软件设计把陀螺仪和加速度计的三个坐标轴重合。为了让MCU能通过累加计算出每次采集周期内所用的功，锻炼者需要在发出“开始”信息之前，选择自己的小臂长度或者采用系统默认值。采集停止之后，通过语音模块把运动次数和所做的功全部反馈给训练者，让训练者清楚地了解自己本次的训练结果。图2软件流程图Fig.2 Software flow pattern 4关键技术研究4.1传感器模块与主控模块的通信MMA8451加速度传感器与主控模块通过模拟I2C总线进行通信。I2C总线使用三根信号线进行通信，分别是SCL、SDA和SA0，外部上拉电阻将加速度计的SDA接单片机的PM 0口，SCL接单片机的PM 1口，当总线空闲时，这两根线表现为高电平状态。MMA8451的I2C接口可工作在快速模式400KHz或普通模式100KHz。总线传输开始由START信号触发，START信号定义为，当数据线从高电平跳变到低电平，而时钟线SCL仍然保持高电平。当由主机发送START信号后，I2C总线被认为从空闲（free）状态进入忙（busy）状态。紧接着START信号后主机发送的字节，前7位用于指示从机地址，第8位用于指示数据方向是“读出”（“1”数据从从机到主机）还是“写入”（“0”数据从主机到从机）。地址发送完毕后，总线上的所有从机将自己的地址和总线上接收到的地址进行比较，地址匹配的设备即为主机选中设备。4.2 MMA8451加速度计运动信息采集和处理程序中的信息采集是通过PIT中断周期性进行的，哑铃运动不需要过快的处理速度，因此，中断采集速度不能过快。在设计中我们选择采集频率为100Hz，及设定PIT每10ms中断一次。加速度计和陀螺仪采集到的数据经过物理回归之后，得到相对应的各坐标轴的带有符号的加速度和角速度。通过对角速度方向变化的判别，可以确定是否发生转向，两次转向算一次，这样就可以进行计数了。如果把每一时刻各轴的角速度和加速度带符号相乘，再乘上设定小臂的长度，就能得到每一个10ms内功率，乘上时间就得到了功，把三个轴的功累加后求和，就得到了总功。MMA8451加速度计信息采集部分核心代码如下：_interrupt void isr_PIT1(void) /读取加速度计的各轴加速度 DisableInterrupt(); RegisterFlag.Byte = MMA845X_readbyte(STATUS_00_REG); / /读取标志位 if(RegisterFlag.ZYXDR_BIT = 1) MmaX = MMA845X_readbyte(OUT_X_MSB_REG); /读取X轴的加速度 MmaY = MMA845X_readbyte(OUT_Y_MSB_REG); /读取Y轴的加速度 MmaZ = MMA845X_readbyte(OUT_Z_MSB_REG); /读取Z轴的加速度 Mmastate+; PITTF|=1 0x7F)x = x + 1; if(y 0x7F)y = y + 1; if(z 0x7F)z = z + 1; if(z 100 & y *(buf+1) (*(buf+1)+; if(z 100 & y 60) if(*buf = *(buf+1) (*buf)+; 4.3语音模块与主控模块的通信（1）设定关键字通过串口操作，给语音模块设定可识别的关键字。（2）本设计中采用的ASRM08-A非特定人语音识别模块，支持特有格式的ASR指令，指令由ASC码组成，例如播放第三个语音文件的指令：“play，003，”其对应的ASC码的十六进制数如下：p0x70、l0x6c、a0x61 y0x79、,0x2c、00x30、00x30、30x33、,0x2c、0x24。通过串口发送指令的ASC码对应的十六进制数就相当于发送了那条指令。代码如下：unsigned char putstring=0x70,0x6C,0x61,0x79,0x2C,0x30,0x30,0x33,0x2C,0x24; /发送字符 play,003,$void send_string(unsigned char *putchar) unsigned int j; for(j=0;j0) send_data(19+bai); m_delay(14); if(bai0)&(shi=0)&(ge0) send_data(1); m_delay(7); if(shi0) send_data(10+shi); m_delay(14); if(shi=0)&(ge=0)&(bai=0) send_data(1); m_delay(7); if(ge0) send_data(1+ge);m_delay(14);5.系统创新此智能哑铃是将微控制器、传感器以及语音播放模块有机结合设计出的一种新型运动器械，具有信息灵敏度高，更具人性化，便捷化的特点。与传统哑铃机械式的锻炼方式相比，能更好地实现对健身计划的指导作用，达到科学健身的目的。智能健身器械的研究和开发将有广阔的应用前景和实际意义。6.评测与结论 采用K60系列32位单片机，通过三轴加速度传感器对数据采集，实现对训练者每次训练所消耗的功的计算和统计总共做的次数的功能，以此反馈给训练者相适合的训练计划；通过语音识别模块采集语音信息，反馈给MCU并进行分析，再通过控制扬声器进行语音反馈，实现人机互动的功能；由于练习有时会感到很枯燥，可以配合自己喜欢的音乐练习，或跟随音乐做哑铃健身操，其中智能哑铃会根据你的选择为训练提供相适合有节奏的音乐环境；液晶显示和按键操作，通过设置相应的模式和进行相应的查询功能，更加便捷、有效地进行科学的锻炼计划。通过逐步的调试，基本能实现上述功能。7.致谢在比赛过程中学到了许多在课堂上学不到的东西，加强了自己的动手能力，培养了团结协作的精神，在此谨代表我及我的队友向给锻炼机会的学校和MOUSER2014智能硬件创新设计组委会致谢。附录1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制 104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究 项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！11