基于單片機的仰臥起坐計數器

摘要：仰臥起坐作為一種體能訓練的方法，再加上它不受場(chǎng)地環(huán)境影響的優(yōu)點(diǎn)，成為非常適合社會(huì )大眾的簡(jiǎn)易運動(dòng)方式。本設計將計算機軟、硬件技術(shù)溶為一體，以51單片機作為控制核心，達到對仰臥起坐的自動(dòng)計數。具體過(guò)程包括開(kāi)始、結束控制，計數值的實(shí)時(shí)顯示，測試結束的提示等。該設計具有結構簡(jiǎn)單、功能齊全、實(shí)用性強，可靠性高等特點(diǎn)。

隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，人們對健康越來(lái)越重視，積極地參加各種體育運動(dòng)，仰臥起坐作為一種體能訓練的方法，由于它具有不受場(chǎng)地環(huán)境影響的優(yōu)點(diǎn)，成為非常適合社會(huì )大眾的簡(jiǎn)易運動(dòng)方式。仰臥起坐的好處是會(huì )鍛煉你的腹肌，讓你能更好地控制自己的身體體重，塑造完美的身材曲線(xiàn)。

除了參加體育運動(dòng)外，人們還利用電子產(chǎn)品幫助自己量化每天的鍛煉成果。本設計將計算機軟、硬件技術(shù)溶為一體，以AT89S51單片機為核心，以紅外傳感器來(lái)實(shí)現對人體位置的檢測，達到對仰臥起坐的自動(dòng)計數。具體過(guò)程包括開(kāi)始、結束控制，計數值的實(shí)時(shí)顯示，測試結束的提示等。該設計實(shí)用可行，具有結構簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強，可靠性高等特點(diǎn)。

1 系統總體方案

系統是光電傳感器、C語(yǔ)言、數碼顯示管和聲光提示系統的綜合應用，具體方案如框圖1。

其中，光電傳感器：檢測人運動(dòng)時(shí)的兩種狀態(tài)，躺姿和坐姿。

C語(yǔ)言：累加計數值。

數碼管：即時(shí)的顯示仰臥體坐的個(gè)數。

聲光提示：每到一分鐘自動(dòng)提示。

2 系統的硬件設計

系統的硬件系統包括如下幾個(gè)部分：光電傳感器、功能控制、數碼顯示、聲光提示和計算機控制。

2.1 光電傳感器

光電開(kāi)關(guān)的工作原理是根據投光器發(fā)出的光束，被測物體阻斷光束，有部分光束發(fā)生反射，受光器則根據不同的情況做出判斷和反映。常用的光電開(kāi)關(guān)有：漫反射式光電開(kāi)關(guān)、鏡反射式光電開(kāi)關(guān)、對射式光電開(kāi)關(guān)、槽式光電開(kāi)關(guān)、以及光纖式光電開(kāi)關(guān)。本設計采用的是漫反射光電開(kāi)關(guān)。

漫反射光電開(kāi)關(guān)器原理如圖2所示，它發(fā)射光束的同時(shí)也接收反射回來(lái)的光束，當光束發(fā)射出來(lái)后遇到阻擋物，則光束經(jīng)過(guò)漫反射被接收器吸收，于是就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號。

2.2 功能控制模塊

功能控制涉及3個(gè)方面：開(kāi)始、提示復位、以及系統復位，分別如圖3所示。開(kāi)始鍵按下后計數器開(kāi)始工作，提示復位鍵按下后重新開(kāi)始計時(shí)，每60 s算一次計數時(shí)間，系統復位鍵按下后，停止工作，計數器清零。

2.3 數碼管顯示模塊

LED數碼管由發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字形的器件，引線(xiàn)在內部連接完成。LED具有靈活、高效、低耗的特點(diǎn)。LED數碼管可均勻排布形成大面積的顯示區域，比如可以用于圖案或者文字的顯示，或者可以播放視頻文件。顯示模塊如圖4所示。

2.4 聲光提示模塊

在聲光提示系統中，采用燈光閃爍和蜂鳴提示的方法告知被測試者1分鐘時(shí)間到了。其中燈光閃爍靠發(fā)光二極管實(shí)現，而蜂鳴提示靠Speaker實(shí)現，具體的電路圖如圖5所示。

2.5 控制模塊

模塊控制系統主要由AT89C51負責，AT89C51是AMETL公司生產(chǎn)的，它是一種高性能的8位微處理器，帶有高密度、可編程、可擦除的功能，與MCS-51指令相互兼容。AT89C51提供以下功能標準：4K的閃存，128字節的內部存儲器，輸入輸出端口32個(gè)，16位定時(shí)器和計數器2個(gè)，全雙工串行輸入數據口1個(gè)，片內振蕩器，時(shí)鐘電路。?AT89C51的引腳XTAL1是反向放大器的輸入引腳，XTAL2是反向放大器的輸出引腳。該反向放大器需要配置振蕩器，如石晶振蕩或者陶瓷振蕩?？刂颇K電路圖如圖6所示。

3 系統的軟件設計

系統軟件采用keil uvision2進(jìn)行編寫(xiě)，Keil C51軟件能夠提供豐富的庫函數，并具有功能強大的集成開(kāi)發(fā)調試能力，全Windows窗口界面，可以使用戶(hù)能在很短的時(shí)間內就

能學(xué)會(huì )使用keil C51來(lái)開(kāi)發(fā)單片機應用程序。

Uvision2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境具有一個(gè)項目管理器，和一個(gè)有錯誤提示的功能豐富的編輯器，以及具有設置選項、生成工具，在線(xiàn)幫助等功能。利用uvision2可以創(chuàng )建源代碼并看可以將這些代碼放進(jìn)目標項目之中進(jìn)行測試。Uvision2具有自動(dòng)編譯、匯編的能力，并為開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)簡(jiǎn)便的操作界面。主程序流程圖如圖7所示。

部分程序如下：

4 系統仿真

Protues軟件是EDA的一種工具軟件，它不僅具有一般的仿真功能，還能仿真單片機以及外圍的一些元器件，它是目前公認為較好的單片機仿真工具。

Proteus可以繪制SCH原理圖、進(jìn)行程序元代碼的調試，仿真單片機及外圍的元器件，印刷電路板的設計，真正地實(shí)現了從SCH原理圖到產(chǎn)品問(wèn)世的完整開(kāi)發(fā)。Proteus是一款將電子線(xiàn)路仿真軟件、印刷電路板設計軟件以及模型交互仿真軟件三者結合在一起的非常有用的軟件平臺，其處理器支持的模型有8051、ARM等，并一直持續增加一些實(shí)用的處理器模型。在軟件語(yǔ)言編譯方面，它也支持IAR、MATLAB等多種編譯。本仿真就采用Protues軟件進(jìn)行仿真，仿真電路圖如圖8所示。

實(shí)物圖如圖9所示。

5 結論

本文以51單片機為基礎，以光電傳感器作為測試者位置的檢測裝置，實(shí)現了仰臥體坐計數器，為人們的日常運動(dòng)提供了一種新的可選擇的便捷方式。通過(guò)仿真，可見(jiàn)本設計

合理可靠。但該設計也存在著(zhù)不足，如只允許兩位數的計數值，若計數值達到三位數，便不能完全顯示，這種情況下便需要采用動(dòng)態(tài)顯示，所以仍需在后續設計中加以改進(jìn)?？傊?，本系統集成了傳感器、LED數碼顯示及相關(guān)模塊，具有一定的實(shí)踐價(jià)值并對相關(guān)的研究具有借鑒意義。