基于单片机跑步机控制系统设计

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前言

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概要

基于单片机跑步机控制系统设计概要如下:

一、设计目标

设计一款基于单片机的跑步机控制系统,旨在提供稳定、可靠且用户友好的跑步体验。该系统应能够控制跑步机的运行,包括启动、停止、加速、减速、坡度调整等功能,并实时显示运动参数,如速度、时间、距离等。

二、系统组成

单片机:作为核心控制器,负责接收用户指令、处理传感器数据、控制跑步机的运行以及与其他模块的通信。例如,使用STM32F103C8T6等高性能且低功耗的微控制器,基于ARM Cortex-M3内核,最高时钟频率72MHz,拥有丰富的外设资源。

电机驱动模块:通过PWM脉宽调制的方式控制直流电机的转速,从而控制跑步机的速度。

坡度调整模块:利用舵机或其他执行机构实现跑步机坡度的调整,模拟不同的运动环境。

传感器模块:包括速度传感器、距离传感器等,实时监测跑步机的运行状态并传输给单片机。

显示模块:采用LCD或TFT液晶显示屏,用于显示运动参数和用户界面。

用户输入模块:包括启动、停止、加速、减速、坡度调整等按键,以及可能的触摸屏输入,用于接收用户指令。

三、工作原理

用户输入:用户通过用户输入模块发出指令,如启动跑步机、调整速度、坡度等。

单片机处理:单片机接收用户指令后,根据预设的算法和规则,计算并输出相应的控制信号。

控制信号传输:控制信号通过电机驱动模块控制直流电机的转速,从而控制跑步机的速度。同时,坡度调整模块根据单片机的指令调整跑步机的坡度。

实时监测:传感器模块实时监测跑步机的运行状态,并将数据传输给单片机。单片机根据传感器数据调整控制信号,以保持跑步机的稳定运行。

信息显示:显示模块实时显示运动参数,如速度、时间、距离等,以便用户了解当前运动状态。

四、系统特点

稳定性:采用单片机作为核心控制器,结合精确的电机驱动和传感器技术,确保跑步机的稳定运行。

可靠性:系统经过严格的测试和验证,具有高度的可靠性和耐用性。

用户友好性:通过直观的显示界面和灵活的用户输入方式,提供便捷、舒适的用户体验。

可扩展性:系统设计采用模块化思想,方便后续功能的扩展和升级。

五、应用前景

该系统可广泛应用于家庭、健身房等场所,为用户提供多样化的运动选择。随着科技的不断发展,该系统还可以结合虚拟现实、人工智能等先进技术,进一步提升用户体验和健身效果。

功能设计

实现了跑步机的基本功能,通过按键执行操作,数码管显示

设计思路

设计思路

文献研究法:搜集整理相关单片机系统相关研究资料,认真阅读文献,为研究做准备;

调查研究法:通过调查、分析、具体试用等方法,发现单片机系统的现状、存在问题和解决办法;

比较分析法:比较不同系统的具体原理,以及同一类传感器性能的区别,分析系统的研究现状与发展前景;

软硬件设计法:通过软硬件设计实现具体硬件实物,最后测试各项功能是否满足要求。

软件设计

本系统原理图设计采用Altium Designer19,具体如图。在本科单片机设计中,设计电路使用的软件一般是Altium Designer或proteus,由于Altium Designer功能强大,可以设计硬件电路的原理图、PCB图,且界面简单,易操作,上手快。Altium Designer19是一款专业的整的端到端电子印刷电路板设计环境,用于电子印刷电路板设计。它结合了原理图设计、PCB设计、多种管理及仿真技术,能够很好的满足本次设计需求。

Protues也是在单片机仿真设计中常用的设计软件之一,通过设计出硬件电路图,及写入驱动程序,就能在不实现硬件的情况进行电路调试。另外,protues还能实现PCB的设计,在仿真中也可以与KEIL实现联调,便于程序的调试,且支持多种平台,使用简单便捷。


效果图

程序

#include <reg52.h>	         //调用单片机头文件
#define uchar unsigned char  //无符号字符型 宏定义	变量范围0~255
#define uint  unsigned int	 //无符号整型 宏定义	变量范围0~65535
#include <intrins.h>

sbit K1=P1^0;
sbit K2=P1^1;

sbit K3=P1^2;
sbit K4=P1^3;

sbit beep = P1^7;   
sbit SH = P3^5;
sbit ST = P3^6;
sbit DS = P3^7;

uchar num_jin;
uchar num_chu;
uchar num_car;

#include "lcd1602.h"

/***********************1ms延时函数*****************************/
void delay_1ms(uint q)
{
	uint i,j;
	for(i=0;i<q;i++)
		for(j=0;j<120;j++);
}

void write_74hc595(unsigned int num)
{
	int i;	
	ST = 0;
	for(i=0; i<16; i++)
	{
		SH = 0;
		if (num & 0x0001)
		{
			DS = 1;
		}
		else
		{
			DS = 0;
		}
		SH = 1;
		num >>= 1;
	}
	ST = 1;
}

unsigned int num_2_led(unsigned int num)
{
	int i;
	unsigned int ret=0;
	if (num > 16) 
	    return 0xFFFF;
	for(i=0;i<num;i++)
	{
		ret |= 1<<i;
	}
	return ret;
}

		

/***************主函数*****************/
void main()
{
    init_1602();
    write_string(1,0,"Jin:    Chu:");
    write_string(2,0,"Car:      P:");
	write_sfm2(1,4,num_jin); 
	write_sfm2(1,12,num_chu);  
	write_sfm2(2,4,num_car); 
	write_sfm2(2,12,16-num_car);  
	write_74hc595(0);
	while(1)
	{
		key();					
	}
}

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目 录

摘 要 I

Abstract II

引 言 1

1 控制系统设计 2

1.1 主控系统方案设计 2

1.2 传感器方案设计 3

1.3 系统工作原理 5

2 硬件设计 6

2.1 主电路 6

2.1.1 单片机的选择 6

2.2 驱动电路 8

2.2.1 比较器的介绍 8

2.3放大电路 8

2.4最小系统 11

3 软件设计 13

3.1编程语言的选择 13

4 系统调试 16

4.1 系统硬件调试 16

4.2 系统软件调试 16

结 论 17

参考文献 18

附录1 总体原理图设计 20

附录2 源程序清单 21

致 谢 25

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