一種電子計步器的電路設計

李邁科 劉晟文 李俊泳 王施賀 洪馳

摘 要：設計了一種電子計步器，主要功能是通過傳感器的感應使計步器計步數，擴展功能是計時和調整頻率，通過所走過步數及所用的頻率從而算出所走的路程。設計由震蕩傳感器和計數器兩部分組成。通過有規律的搖動三軸數字加速度計來模擬人們行走的狀態，記錄所走的步數，從而記錄所走的總路程。

關鍵詞：電子計步器;擴展功能;有規律

1 引言

計步器最主要的功能就是計步，在你做運動的時候，能夠幫助你計算出你走過的總路程。而現在，記錄消耗的卡路里、所走的距離、收聽收音機、顯示時間的功能也越來越普遍[1]。隨著人們生活水平不斷的提高、發展速度越來越快、需求越來越多樣化，溫度計、心率計、秒表等適用于戶外運動的功能也漸漸出現在了計步器的功能當中。計步器的發展趨勢越來越偏向人性化設計，攜帶更方便，記錄數據更加精確，功能更多樣[2]。

步行對保持健康起到非常重要的作用，因而設計使用合理一個可以測出行走的步數，一個小巧方便的計步器是合乎順應時代發展的。計步器是一款健康安全的電子產品，其基本目的就是在您走步的時候幫您計算一共走了多少步，是一個既經濟、實惠又科學的小工具。計步器可以幫助我們達成每天預定走步計劃目標。計步器的開發研制對保持健康生活起到極大的促進作用。它不僅僅是一個能記錄步行總數的機器，更是一種能激勵人們運動，保持身體健康的必需品。

基于上述，本文設計了一種計步器電路，結構簡單，成本低廉，使用方便。

2 方案設計

本方案設計的計步器系統主要硬件設計包括按鍵模塊、晶振電路，LCD顯示電路、三軸加速傳感器電路、時鐘電路以及報警電路模塊組成。本系統是按照模塊化進行設計的，現將具體的模塊部分如圖1整體硬件框圖所示：

該設備采用單片機STC12C5A60S2來做為整個設備核心組件。整個系統由系統軟件控制。采用各部分元器件的原因已在上面介紹。本系統采用的是以STC12C5A60S2單片機為中心的計步器。通過利用三軸傳感加速度器，來感應人體身體的晃動;用LCD1602顯示屏來反映所走的步數、公里數以及現時刻的時間。用電源模塊基于供電，用來保證計步器的正常運作。

3 系統硬件設計

主控芯片選擇TC12C5A60S2單片機，其運行速度要比其他的單片機要快上8-12倍。該系列的單片機內部的集成電路是MAX810專用復位電路，共含有2路PWM、8路高速10位A/D轉換（250K/S，即25萬次/秒），是一款針對電機控制、具有強抗干擾特性的單片機。而且也不需要使用額外的編程器、仿真器，該系列的單片機還含有兩個獨立的串口，具備高速、高可靠的使用特點。因為本次設計是計步器，需要反應比較快、運行性能比較好，而且還安全可靠的單片機，所以綜合考慮，本次設計決定采用STC12C5A60S2單片機為作為主要的控制系統部分。下面主要將電源電路、時鐘電路與傳感器電路做描述。

3.1 電源電路

電源電路中，5V足夠帶動單片機、傳感器、LCD1602顯示屏，而且便于安置，主要用于不便接用外部電源的小型攜帶式裝置之中，例如計算機、充電寶、電子體溫計等。我在此模塊放置了LED燈，用來檢測電源連接是否正常。電源框圖如圖2電源模塊所示。

3.2 傳感器檢測電路

ADXL345三軸加速度傳感器是一款質地輕薄、占用面積小的，且功耗超低的三軸加速度計，分辨率極高，能測量到極其微小的變化。數字輸出數據的格式是以16位二進制為補碼的格式，可通過SPI或I2C數字接口進行訪問。能夠檢測到物件的運動和物件運動方向。它輸出信號的電壓值是根據物體運動變化產生的。輸出電壓的變化是根據其運動方向以及設定的傳感器靈敏度而改變。檢測物體的運動和運動方向是靠單片機的IIC/SPI接口讀取的數值。

3.3 時鐘電路

DS1302內部含有時鐘、日歷寄存器和31字節的數據暫存寄存器，對于數據通信，僅擁有一行串行的輸入、輸出口。實時時鐘、日歷提供秒、分、時。日期、月份和年份信息。

4 系統軟件設計

一個系統的好與壞、是否完整、安全、可靠、穩定，只有硬件支撐是遠遠不夠的，必須要有軟件的支持。下面將介紹本系統的軟件流程及程序設計。

主程序主要是完成一些初始化操作。各模塊順利初始化后開始調各模塊的顯示程序，將采集到的數據顯示到LCD上，然后根據按鍵的情況來決定存儲與否。

5 結論

硬件設計是本以STC12C5A60S2單片機為控制核心，與晶振電路模塊、LCD1602顯示屏模塊、時鐘模塊DS1302、三軸加速器ADXL345模塊等共同組成的計步器。通過對三軸加速器ADXL345有規律的搖動，使單片機作為主控制設備對采集到的傳感器信號進行處理，最后通過LCD1602顯示屏來實現計步、顯示時間和行走的總路程的功能。

參考文獻：

[1]袁憲鋒，周風余，袁通等.STM32和iNEMO模塊的高精度計步器設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2013（09）：42-45.

[2]邢輝，趙敏.基于MMA7260加速度傳感器的電子計步器[J].中國高新技術企業，（33）：21-23.