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系统的功能分析及体系结构设计
3.1.1系统功能分析 本设计由STC89C52单片机电路+脉搏/心率传感器电路+LM393比较器电路+霍尔测速电路+电机控制电路+LCD1602显示电路+电源电路组成。 1、通过脉搏/心率传感器检测脉搏/心率值,通过霍尔传感器检测电机转速。 2、也就LCD1602实时显示脉搏/心率值和速度值。 3、可以通过电位器调节电机转速,模拟跑步机调速。 3.1.2系统总体结构 方案图: 原理图: 5V电源电路设计 本系统选择5V直流电源作为系统总电源,为整个系统供电,电路简单、稳定。DC为电源的DC插座,可以直接接USB电源线,一端插在DC插座上,另外一端可以插在5V电源上,如电脑USB、充电宝、手机充电器等等。LED为红色LED灯,作为系统是否有点的指示灯,电阻为1K电阻,起到限流作用,保护LED灯,以防电流过大烧坏LED灯。SW为自锁开关,开关按下后,红灯亮,此时系统电源5V直流输出。开关再次按下后,红灯灭,此时系统电源无5V电源输出。 5V直流电机调速电路设计 电动马达(Electric motor),又称为马达或电动机,是一种将电能转化成机械能,并可再使用机械能产生动能,用来驱动其他装置的电气设备。 直流电动机(DC Motor)的好处为在控速方面比较简单,只须控制电压大小即可控制转速,但此类电动机不宜在高温、易燃等环境下操作,而且由于电动机中需要以碳刷作为电流变换器(Commutator)的部件(有刷马达),所以需要定期清理炭刷磨擦所产生的污物。 马达的旋转原理的依据为佛来明左手定则,当一导线置放于磁场内,若导线通上电流,则导线会切割磁场线使导线产生移动。电流进入线圈产生磁场,利用电流的磁效应,使电磁铁在固定的磁铁内连续转动的装置,可以将电能转换成力学能。 与永久磁铁或由另一组线圈所产生的磁场互相作用产生动力 直流马达的原理是定子不动,转子依相互作用所产生作用力的方向运动。 交流马达则是定子绕组线圈通上交流电,产生旋转磁场,旋转磁场吸引转子一起作旋转运动直流马达的基本构造包括“电枢”、“场磁铁”、“集电环”、“电刷”。 电枢:可以绕轴心转动的软铁芯缠绕多圈线圈。 场磁铁:产生磁场的强力永久磁铁或电磁铁。集电环:线圈约两端接至两片半圆形的集电环,随线圈转动,可供改变电流方向的变向器。每转动半圈(180度),线圈上的电流方向就改变一次。 电刷:通常使用碳制成,集电环接触固定位置的电刷,用以接至电源。 本系统选通过纯模拟电路即可实现对电机转速的调节,DC为电源插座,SW2为电源开关,PR为10K的大功率电阻。当系统上电后,按下电源开关,通过调节电位器PR即可实现调速,调节PR,则分配到电机上的电压则会在0-5V变化,通过改变施加在电机上的电压的变化来实现对电机转速的调节。其具体原理图如下图所示。电机最大的速度只与电位器分配到电机上的电压有关。 Pulsesensor脉搏心率传感器模块电路设计 脉搏心率传感器是用来测试心跳速率的传感器,实质是一款集成了放大电路和噪声消除电路的光学心率传感器。可以通过此传感器开发出和心率有关的互动作品。传感器可以戴在手指或者耳垂上。光电传感器将脉搏信号转换为电信号,此装置需要把手指放在传感器表盘上,光电传感器,此传感器是集成了放大电路和噪声消除电路的光学心率传感器,光电传感器一侧的发光二极管发光,当脉搏跳动时,指尖或者耳垂的动脉血管血容量发生周期性变化,透过指尖的光强度同时发生变化。另一侧的光电三极管将接收到的红外光信号转化为电信号。 一、接口说明 (1)+ 外接5V (2)- 外接GND (3)S 输出接口(0和1) Pulsesensor脉搏心率传感器模块接口原理图如下图所示。 程序流程图 #include 《reg52.h》 //调用单片机头文件#include 《intrins.h》#include “1602.h”#include “delay.h”unsigned char i_i=0,timecount=0,displayOK=0,rate=0,aa=0; //中间变量定义unsigned int time[6]={0}; //暂存心率值unsigned char tab_sk[16; //显示第一行内容unsigned char tab_ht[16;unsigned int Tiem_S=0; //秒时间++unsigned int Run_ts=0; //运行速率unsigned long Run_num=0; //电机脉冲计数unsigned char update_flag=0; //更新显示标志unsigned long time_50ms=0; //定时50ms计数void time_init(void); //函数声明void InitTimer1(void);void init_int(void);/****************主函数***************/void main(){ time_init(); //初始化定时器 InitTimer1(); init_int(); //外部中断0初始化程序 EA=0; LCD_Init(); //初始化液晶 DelayMs(20); //延时有助于稳定 LCD_Clear(); //清屏 DelayMs(10); LCD_Write_String(0,0,tab_sk); //初始化显示 “S:Walk 000.00cal”; LCD_Write_String(0,1,tab_ht); //初始化显示 LCD_Write_String(0,1,tab_ht); //初始化显示 EA=1; while(1) { if(displayOK==0)//如果显示关 检测心率是否真实 { rate = 0; } else//如果显示开 { rate=60000/(time[1]/5+time[2]/5+time[3]/5+time[4]/5+time[5]/5); //心率计算 5次求平均值 } if(update_flag==1) //更新显示标志置位 { update_flag=0; //更新显示标志清零 tab_ht[9]=(unsigned char)(Tiem_S/100%10+‘0’); //时间记录 并转为字符 tab_ht[10]=(unsigned char)(Tiem_S/10%10+‘0’); tab_ht[11]=(unsigned char)(Tiem_S%10+‘0’);// tab_sk[7]=(unsigned char)(Run_num/1000%10+‘0’); //转速转化为字符显示 tab_sk[8]=(unsigned char)(Run_num/100%10+‘0’); tab_sk[9]=(unsigned char)(Run_num/10%10+‘0’); tab_sk[10]=(unsigned char)(Run_num%10+‘0’); LCD_Write_String(0,0,tab_sk); //显示转速 第一行 tab_ht[0]=rate/100+‘0’; //心率转化 并转化为字符型 tab_ht[1]=rate/10%10+‘0’; tab_ht[2]=rate%10+‘0’; LCD_Write_String(0,1,tab_ht); //显示心率及时间 } }} /*************定时器0初始化程序***************/void time_init(void) { EA = 1; //开总中断 TMOD |= 0X01; //定时器0、定时器1工作方式1 ET0 = 1; //开定时器0中断 TR0 = 1; //允许定时器0定时}/***********外部中断0初始化程序****************/void init_int(void) //外部中断0初始化程序{ EX0=1; //允许外部中断0中断 EX1=1; //允许外部中断0中断 EA=1; //开总中断 IT0 = 1; //外部中断0负跳变中断 IT1 = 1; //外部中断0负跳变中断}void int0() interrupt 0{ EX0=0;//暂时关外部中断 if(timecount《8) //当连续两次检测时间间隔小于8*50ms=400ms不处理 { TR0=1;//开定时器 } else { time[i_i]=timecount*50+TH0*0.256+TL0/1000;//算出间隔时间 TH0 = 0x3c; TL0 = 0xb0; // 50ms 12M timecount=0;//50ms计数清零 i_i++; if(i_i==6)//记录到超过等于6次时间 { i_i=1;//计数从1开始 displayOK=1; //测得5次开始显示? } } EX0=1;}void int1() interrupt 2{ EX1=0;//暂时关外部中断 Run_ts++; EX1=1;}/*************定时器0中断服务程序***************/void time0_int() interrupt 1{ TH0 = 0x4c; TL0 = 0x00; // 50ms 11.0592M timecount++;//每50ms一次计数 if(timecount》65) //当超过25*50ms=1.5s没有检测到信号停止显示 { i_i=0;//数据个数清零 timecount=0;//50ms计数清零 displayOK=0;//显示关 TR0=0;//定时器关 TH0 = 0x3c; TL0 = 0xb0; // 50ms 11.0592M }}void InitTimer1(void) //定时器1初始化{ TMOD |= 0x10; TH1 = 0xEC; TL1 = 0x78; EA = 1; ET1 = 1; TR1 = 1;}void Timer1Interrupt(void) interrupt 3{ TH1 = 0x4C; TL1 = 0x00; time_50ms++; if(time_50ms%2==0) //定时100ms { update_flag=1; //更新数据标志置位 } if(time_50ms%40==0) //定时2S { Run_num=Run_ts*15;// 处理转速 Run_ts=0; } if(time_50ms%20==0) //定时1S { Tiem_S++; //秒时间++ }} 。 |
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