基于单片机的跑步机启停控制模块的软件设计说明
电工电子实习 智能跑步机设计
智能型电动跑步机驱动控制系统设计与实现一、背景介绍随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们越来越重视自身的健康。
健身热一浪高过一浪，从必须到公共健身房锻炼逐渐过渡到建立家庭健身房，跑步机由于其运动形式简单常常作为家庭首选器材。
人们在得到健身的同时，也对跑步机的智能化和多功能化提出了更高的要求，不仅要求具有智能化，同时要求具有良好的操作环境。
比如在锻炼时能有优美的音乐陪伴，控制跑步机时能有语音提示等。
这样人们可以在轻松愉快的环境中得到锻炼，随着电子技术的发展，特别是微电子技术的发展及广泛应用，使这种愿望成为可能。
单片机SPCE500A不仅具有一般单片机的控制功能，同时具有语音识别和处理能力。
该跑步机控制系统就是以它为核心芯片进行数据的处理和控制的二、设计思路新一代16位单片机SPCE500A具有语音识别、处理和控制的特点，设计出具有语音播放功能的智能跑步机控制系统。
该系统以SPCE500A为核心，根据使用者跑步时对速度的要求，由SPCE500A输出PWM波形信号自动控制跑步机的运转速度，同时可以实时测试心率并且具有急刹车等功能。
该系统的所有操作均在语音提示下进行，所以该控制系统具有更人性化的操作环境。
三、硬件设计智能型电动跑步机的硬件结构组成如图 1 所示，我们可以看到，其控制系统主要包括五部分，分别是单片机（SPCE500A 型）、运动心率的检测、跑步机的输入、跑步机的调速、语言输出/ 输入部分。
跑步机的硬件部分是智能型电动跑步机正常工作最基本的部分。
PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来获得所需要的波形。
由于SPCE500A具有PWM输出，所以只需要调整其输出占空比即可达到调速目的。
图2为电机调速电路。
（1）心率检测电路随着我国科学技术的不断发展，人们在使用跑步机时，希望能够随时了解自己的心率，从而能够根据自己的心率调整相对适宜的跑步的速度。
所以，该系统在进行设计时特意加入了采集心率的电路。
基于单片机的电机运动控制系统设计
基于单片机的电机运动控制系统设计引言：随着科技的不断发展，单片机技术在电机运动控制领域得到了广泛应用。
可以实现对电机运动的精确控制和监测，提高生产效率和产品质量。
本文将对进行详细介绍，并给出一个具体的实例。
一、电机运动控制系统设计的背景电机作为现代工业生产中的重要设备之一，其运动控制是实现自动化生产的关键。
传统的电机控制方式存在控制精度低、响应速度慢等问题，无法满足现代生产的需求。
可以通过采集电机运动状态和反馈信号，利用单片机进行数据处理和控制，实现对电机的精确控制。
二、方案1. 硬件设计（1）选择合适的单片机：根据实际应用需求选择合适的单片机，例如常用的51单片机或者STM32等高性能单片机，考虑到运算速度和存储容量等因素。
（2）选择合适的电机驱动器：根据电机类型选择合适的驱动器，例如直流电机选用H桥驱动器，步进电机选用步进电机驱动器。
（3）提供电源和信号输入接口：为单片机和驱动器提供稳定的电源供电，并设计合适的信号输入接口，用于连接其他传感器和控制器。
2. 软件设计（1）编写驱动程序：根据所选单片机和电机驱动器的规格和通信协议编写相应的驱动程序，实现对电机的速度、位置和方向等参数的控制。
（2）编写控制算法：根据电机运动的要求，编写控制算法，确定合适的控制策略，例如PID控制算法、模糊控制算法等。
（3）设计用户界面：根据实际应用需求，设计合适的用户界面，实现对电机运动控制系统的监测和调试。
三、实例以直流电机的速度控制为例，设计一个基于单片机的电机运动控制系统。
1. 硬件设计：选择STM32F103C8T6单片机作为控制核心，通过PWM信号控制L298N电机驱动器驱动直流电机。
同时，采用编码器测量电机的旋转速度，并通过4位数码管显示实时速度值。
2. 软件设计：编写控制程序，通过读取编码器信号获取实际速度值，并与设定速度进行比较，根据比较结果确定PWM占空比的大小，从而控制电机的转速。
同时，将实时速度值通过数码管显示。
基于单片机跑步机控制系统
2.2系统控制方案的设计
系统控制系统主要有开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。
本系统选择单闭环控制系统，由按键模块输出电机的正反转与速度增减控制信号，然后由控制芯片软件生成PWM控制信号控制电机的运转状态，实Байду номын сангаас跑步机的调速与启动，并由速度检测模块检测到电机的转速并送到显示模块，在LED显示屏上显示跑步机电机的实际运行速度。如图2-1所示。
使用交流伺服驱动系统取代直流有刷调速系统是日前研究的一个重要方向。一种方案是采用感应电动机作为驱动电机，感应电动机本身比直流电动机具有寿命长、免维护等优点，但是为了获得较宽的调速范围(一般跑步机的调速比约为25:1)，需要采用较为复杂的矢量控制技术，电机的参数变化对其也有较大影响，日前用感应电动机构成伺服系统的总成本比直流伺服系统要高。韩国秀健健身集团曾推出使用高性能交流伺服驱动系统的电动跑步机。另一种方案采用正弦波驱动的永磁同步电机驱动系统，利用磁场定向矢量控制技术，较感应电动机易于实现，并采用非接触式的电子换向结构，在高档跑步机的应用领域具有较)广阔的发展前景。而无刷直流电动机调速系统在电动跑步机上的应用也是研究的一大热点。一方面，无刷直流电动机具有有刷直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等优点;另方而，由于其采用电子换向装置取代了有刷直流电动机的机械换向结构，从而又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点。因此，采川无刷直流电动机调速系统较其它方案具有更高的性价比。而对于电动跑步机系统，由于其要求较大的起动转矩，所以，采用带位置传感器的PWM调速系统是性能较好的方案。对于其具体的实现方案主要有两种，一种是以无刷直流电机专用控制芯片为核心控制单元构成无刷电动机调速系统。最具代表性的是MOTOROLA公司生产的第二代无刷电机控制专用芯片MC33035，它集成了译码、PWM生成、保护等无刷电机控制的诸多功能，组成的系统所需外围电路结构简单，运行可靠，可与同系列芯片MC33039配合构成速度闭环控制，具有较好的调速性能，其不足之处在于调速式单一，无法使用较为复杂的算法。另一种方案是采用高性能的微控制芯片对无刷电机进行控制，控制方式灵活，调速系统具有更高的性能。
电动跑步机控制系统的设计
电动跑步机控制系统的设计摘要：介绍了一种电动跑步机控制系统的结构和控制方法。
该系统采用EM78P459和P89 C52 2个单片机，分别用于电机控制和人机交互，2个单片机之间通过I／O方式通信；在运动控制上，采用基于IGBT管的脉宽调制(PWM)直流调速技术，控制算法采用转速反馈闭环分段PID控制。
对系统的电磁兼容性(EMC)设计进行了介绍。
关键词：电动跑步机；控制系统}PID校正；电磁兼容性0 引言电动跑步机是机电一体化产品，其技术含量主要体现在跑步机专用电机、控制系统、附带的其它功流电机，其额定电压AC220 V，额定电流<O．5 A，带丝杆结构和位置电位器。
右边是人机交互部分，左右2部分通过各自单片机的2个普通i／O口。
经光藕隔离，以高低电平收发方式通信。
此外，仪表部分的十5 V DC电压，由控制板提供的+ 12 V DC电压转换得到。
1．2 调速电路的设计驱动电机的调速电路是系统硬件的核心，如图2所示，采用基于IGBT 管的PWM 直流调速技术[2]。
由于IGBT管集MOSFET管与双极型大功率晶体管的优点于一体，属压控型器件，对栅极驱动电路的要求降低，而且导通电阻低、通断速度快、单管容量大，适合作P WM 的功放管[3]，此处由于IG—BT作为硬性开关工作，因此选择了容量较大的G60N90DG3管，其V CES为900 V，Ic为6O～42 A(对应25～100℃)。
栅极驱动采用了专用芯片MC33153，它带有过流保护和故障输出功能。
在IGBT管的漏一源两极间附加有RCD吸收网络R4C2D2，防止尖峰电压的冲击；用粗铜丝绕成的小电感L。
是为了抑制尖峰电流。
电机的续流二极管Dl为K3060G3。
主电路的性能如何可由IGBT管的源极电压波形来检验，在PWM工作时，应接近理想方波。
系统的PWM 的工作频率为16．45 kHz，由单片机产生。
驱动电机所需的直流电压由220 V交流电压经整流、滤波后得到。
一种基于单片机的发电跑步机系统设计
使用单片机和其他专业知识完成如下内容： ①完成相关软硬件设计。 ②实现所设计的功能。 ③按学校要求的格式撰写、装订论文。 ④完成开题、中期报告及答辩，论文答辩。
时间 进度
2016.12.5 至 2017.1.5 查阅资料，完成《开题报告》的撰写并上传至毕设 管理系统； 2017.1.5 至 2017.4.24 进行算法研究和程序设计； 2017.4.25 至 2017.6.1 完成软件调试和毕设论文撰写； 2017.6.1 至 2017.6.10 毕设答辩。
1.1 课题研究背景.................................................................................................. 1 1.2 课题研究现状.................................................................................................. 1
本人深知本声明书的法律责任，违规后果由本人承担。
论文作者签名：
日期： 年 月 日
西安邮电大学本科毕业设计(论文)选题审批表
申 报 人 罗祖军 职 称 教授 学 院
自动化
题目名称
一种基于单片机的发电跑步机系统设计
题目来源 题目类型 题目性质
科研
硬件
设计
√
应用研究
软件 设计
√
教学 论文
现状................................................................................... 1 1.2.2 设计研究方向....................................................................................... 3 1.3 课题研究内容.................................................................................................. 3
基于单片机的电机运动控制系统设计
基于单片机的电机运动控制系统设计基于单片机的电机运动控制系统设计一、引言电机是现代工业中最常用的设备之一，广泛应用在各个领域中，如机械制造、自动化控制、家电等。
电机运动控制系统是通过控制电机的转速、转向、加速度等参数来实现各种运动控制的系统。
传统的电机控制系统通常采用模拟控制方式，存在调试困难、精度低等问题。
而基于单片机的电机运动控制系统则可以通过数字化的方式来实现精确的控制，具有较高的稳定性和可靠性。
二、系统设计方案基于单片机的电机运动控制系统设计方案主要包括以下几个方面：硬件设计、软件设计和通信接口设计。
1. 硬件设计硬件设计是电机运动控制系统中的核心部分，它包括单片机选择、电机驱动电路设计和传感器安装等。
（1）单片机选择在本系统中，我们选择了一款性能较好的单片机作为主控芯片，它具有高速、多功能、低功耗等特点。
单片机的选择要根据实际应用需求和性能要求来确定。
（2）电机驱动电路设计电机驱动电路是连接单片机和电机之间的重要桥梁，它负责将单片机输出的电信号转化为电机能够理解和接受的信号。
在本系统中，我们选用了常用的H桥驱动电路，它能够实现电机的正、反转以及调速等功能。
（3）传感器安装为了实现对电机运动状态的检测和反馈，我们需要在电机上安装相应的传感器，如编码器、霍尔元件等。
通过传感器的信号反馈，可以实时监测电机的转速、位置等参数，从而实现更精确的运动控制。
2. 软件设计软件设计是电机运动控制系统中的另一个重要环节，它通过编程实现对电机的精确控制，并根据用户的需求来完成各种运动模式。
（1）控制算法设计我们可以根据具体应用需求选择合适的控制算法，如PID控制算法、模糊控制算法等。
其中，PID控制算法是最常用的一种算法，它可以通过调整比例项、积分项和微分项的权重来实现对电机的精确控制。
（2）用户界面设计为了方便用户操作和监控系统运行情况，我们可以设计一个友好直观的用户界面。
用户界面可以通过液晶显示屏、按键、指示灯等元件来实现。
基于单片机的智能健身设备的设计与实现毕业设计
基于单片机的智能健身设备的设计与实现毕业设计简介本文档是一份关于基于单片机的智能健身设备的设计与实现的毕业设计文档。
该文档旨在介绍该项目的设计思路、系统结构、硬件电路设计、软件设计以及系统测试等内容。
设计思路智能健身设备的设计思路为使用传感器和单片机进行数据采集和处理，并通过蓝牙模块将数据传输至手机端，以便用户进行数据的展示和记录。
具体实现上，通过加速度传感器采集用户运动数据，并使用单片机进行信号处理和数据分析，最终通过蓝牙模块将数据传输至手机端。
系统结构本系统采用分层结构，包括底层硬件控制层、数据采集处理层、数据传输层以及应用层。
其中，底层硬件控制层主要负责控制设备各个硬件设备的工作，数据采集处理层主要完成传感器数据采集、单片机信号处理和数据分析，数据传输层主要负责将采集的数据通过蓝牙模块传输至手机端，应用层主要负责用户界面和数据展示。
硬件电路设计本系统硬件电路主要由单片机、加速度传感器、蓝牙模块和显示屏组成。
其中，单片机采用的是xxxx型号，加速度传感器采用的是xxxx型号，蓝牙模块采用的是xxxx型号，显示屏采用的是xxxx型号。
整个硬件设计采用模块化设计，便于系统的维护和扩展。
软件设计本系统软件分为单片机端和手机端两部分。
单片机端主要采用C语言编程，实现数据采集、信号处理和数据分析等功能。
手机端主要采用Android开发，实现数据接收和展示、计步分析、数据记录和提醒等功能。
系统测试本系统测试主要从功能测试、性能测试和稳定性测试三个方面进行。
其中，功能测试主要测试各个模块的功能是否正常；性能测试主要测试系统的性能是否达到预期要求；稳定性测试主要测试系统运行是否稳定，是否容易出现故障。
结论本文档详细介绍了基于单片机的智能健身设备的设计与实现的毕业设计。
通过对于系统设计思路、系统结构、硬件电路设计、软件设计以及系统测试等方面进行详细介绍，该文档能够让读者全面了解该项目的设计和实现。
基于单片机的多功能跑步监测仪
基于单片机地多功能跑步监测仪专业：姓名：指导教师：摘要本设计是在PROTEUS环境下完成地，以单总线数字温度传感器DS18B20、AT89C51单片机、HK-2000A集成化脉搏传感器、ND-3微振动传感器、LM041L字符型显示器构成地多功能实时生理参数监测仪系统地硬件电路及软件系统地设计.本文介绍了PROTEUS和KEIL软件， DS18B20单线数字温度传感器、AT89C51单片机和LM041L字符型显示器地结构、性能特点以及工作原理，以及HK-2000A集成化脉搏传感器和ND-3微振动传感器地性能参数.该系统可以完成对温度、心率、步数等参数地采集、处理和显示，并且能在这些参数超过设定地阈值时，进行报警提示.关键词：单片机；DS18B20；LCD；PROTEUS；KEILAbstractMydesign is depend on PROTEUS, using the extensively used single-bus digital temperature sensor DS18B20, AT89C51 MCU, HK-2000A integrated pulse sensor, ND-3 micro-vibration sensor,LM041L character display design a multi-functional real-time physiological parameters monitor,s hardware circuits and software system.PROTEUS and KEIL software, DS18B20 single-wire digital temperature sensor, AT89C51 MCU and LM041L character display structure, performance characteristics and working principles, as well as the HK-2000A integrated pulse sensors and ND-3 micro-vibration sensor performance parameters is introduced in this paper. This system can be completed on collect, processing and display the parameters the temperature, heart rate, paces, and more than these parameters in the threshold that we set for alarm.Key wordsMCU。
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. . . .基于单片机的跑步机启/停控制模块的软件设计学院：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：2016年04月摘要近年来，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们对自身的健康也日益关注，健身成为一种流行时尚，健身器材行业也逐步兴起为一个大的消费领域，电动跑步机作为一种重要的健身器材得到了越来越广泛的应用，具有广阔的市场前景。
研发具有多功能和高附加值的人性化科学化的电动跑步机具有重要的现实意义。
电动跑步机的电控系统是整个跑步机运转的核心，它需要具有简单接口界面、电机调速和心率功能。
本论文以电动跑步机控制系统为对象，以实用、廉价、高性价比和高安全性为目标，以改进型51系类单片机STC89C52为控制核心，完成了无刷直流电动机调速系统硬件设计、电动跑步机手握式红外心率计软硬件设计和电控系统部分软件开发等任务。
首先，文章叙述了跑步机的基本结构和工作原理，对其调速原理和调速方法进行了理论分析，建立了转速、电流反馈控制的直流调速系统的动态静态模型，并实际分析跑步机特殊负载的性质，确保跑步机的安全性和舒适性。
并依据此基本控制策略，对电动跑步机无刷直流电动机的调速系统进行了硬件实现并画出相应的电路原理图。
其次，文章介绍了电动跑步机附加的电子心率计的软硬件开发。
最后，开发部分系统软件。
关键词：电动跑步机；数码管；控制系统AbstractIn recent years, with the development of social economy and people living standard rise, people is increasingly concerned on their health, fitness has become a popular fashion, fitness equipment industry also gradually rise to a big consumption, electric treadmill as an important kind of fitness equipment has been more and more widely used, has a broad market prospect. R&d has multifunction and high value-added human scientific electric running machine has important practical significance.Electric treadmill of electronic control system is the core of the treadmill running, it needs to have simple interfaces, motor speed and heart rate function. By electric treadmill control system as an object in this paper, with practical, cheap, high cost performance and high security as the goal, with the modified 51 series of single chip microcomputer AT89S51 as the core, to complete the brushless dc motor speed control system hardware design and running of electric tractor driver grip type infrared heart-rate monitor software and hardware design and electric control system part of the software development tasks.First of all, the article describes the basic structure and working principle of BLDCM, the speed control principle and control method are analyzed in theory, established the speed and current feedback control of dynamic and static model of dc speed regulating system, and the actual analysis of the nature of the special load running machine, to ensure the safety and comfort of running machine. According to the basic control strategy of electric treadmill brushless dc motor speed control system for the hardware implementation and draw the corresponding circuit principle diagram. Secondly, this paper introduces the electric treadmill additional electronic heart-rate monitor hardware and software development. Finally, part of the system software development.Keywords：electric treadmill; digital control system; control system第1章绪论1.1 课题研究背景、目的及意义首先了解一下跑步机的发展历史，跑步机是家庭及健身房常备的器材，而且是当今家庭健身器材中最简单的一种，是家庭健身器的最佳选择。
世界上第一台跑步机诞生于1875年，发明人是美国东部农村的一位机械师[1]。
这台机器其实是一台便携式农机设备，以牲畜作为动力来源。
1866年，纽约州通过了美国第一部禁止虐待动物的法律，用鞭子打牲口被视为非法行为。
“美国反对虐待动物组织”指责那些爬楼式的动力装置伤害了动物的膝关节，给动物造成了心理压力。
于是有人发明了水平跑步机，其传送带和地面平行，动物走在上面就像平时散步一样自然[1]。
现代意义上的跑步机从80年代流行至今已发展到第四代产品第一代产品机械跑步机，是用圆形滚筒组合排列而成的跑台，在两个滚筒中间加装塑胶跑带及跑板，主要运动方式是依靠跑步者脚与跑步带的摩擦力带动来运行从而达到跑步及走步的效果。
第二代跑步机模拟电动跑步机，是在原有第一代的基础上增加电机传动装置和升降装置，以及一些电脑控制程序和传感器，通过传感器传输和接收马达的工作信号，用电脑控制程序达到调节跑步机速度、坡度、距离等功能，第三代跑步机数字跑步机，在原有第二代跑步机的基础上去除了传感器，以单片机的数据控制马达的工作状态，不会受到外界的干扰，从而使跑步机运动更稳定、更安全。
第四代跑步机是采用的数字变频技术，采用HK变频调速器和交流马达组成跑步机的动力系统，因为交流电机结构中没有碳刷，所以终生不需要维护，所以第四代变频跑步机具有更安全、更耐用、更安静、更节能、更稳定5大优点使跑步机运动在真正意义上超越了传统室外跑步运动。
对于第三代跑步机而言数字跑步机是由第二代模拟电动跑步机发展而来，和模拟电动跑步机的主要区别在于它是由数字信号控制的。
模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力、心率，以及目前在、无线电和电视广播中的声音和图像；数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。
模拟信号跑步机是通过传感器传输和接收马达的... . ... .工作信号，其随时间、温度、信号强弱等因素，可能导致马达工作不稳定。
而数字跑步机则是以单片机的数据控制马达的工作状态，其不会受到外部因素的干扰，从而使跑步机更稳定，更安全。
第二代跑步机马达的转速都是各种型号的传感器控制的，均为模拟信号。
而第三代跑步机是用单片机控制，系为数字信号[1]。
模拟信号和数字信号在跑步机中的明显区别：(1) 模拟信号跑步机的最低速度为0.8km／h以上，而数字信号跑步机的最低速度可制定在0.3km／h以下，且输出大扭力。
(2) 模拟信号跑步机的马达上都有个明显的传感器，数字信号跑步机则没有。
(3) 模拟信号跑步机控制电源上有大大小小的电位器，数字信号跑步机则没有。
(4) 数字信号跑步机在按停止键时，使用者在没有感觉的状态下停止运动，不会出现如急刹车时的眩晕感觉[2]。
所以基于单片机的第三代跑步机具有很大优点。
生命在于运动，健康源于运动。
跑步是目前非常流行的一种有氧健身运动，它在医学界和体育界享有高度评价，它是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式。
跑步机是家庭及健身房常备的器材，而且是当今家庭健身器材中最简单的一种，是家庭健身器的最佳选择。
专家们相信未来跑步机市场将以高价位产品为主导。
低价位产品销售不错，近几年价格已有上升趋势。
注重生活时尚的消费者认为跑步机价格在万元以上是理所当然的事。
这些迹象表明，未来跑步机仍会持续增长。
此次设计的任务为电动跑步机的控制系统。
设计包括调速、控制、安全、心率测量等，设计中参考了国外文献，对电机转速有精确计算，而且设计中可以根据测出的心率来智能调节转速，利用人机学原理，使设计更为人性化。
由于跑步机的特殊性，安全问题更值关注，如何正确使用跑步机，和跑步机的保养同样重要[3]。
针对跑步机的控制系统来言，无刷直流电动机使用电子换向取代了传统直流电动机的机械换向。
无刷直流电动机不仅拥有直流电机好的调速围性能和高效率的优点，还具有交流电机维护方便、可靠操作的长处。
此外，BLDCM不需要励磁绕组，有容量小和功率密度大的特点。
电动跑步机采用BLDCM作为驱动电机时，有价格低廉、机械噪声小、持续工作时间长、便于维护、跑步带调... . ... .速围广和速度波动小的优点[4]。
1.2 课题国外研究现状及趋势跑步机属于健康器材类产品，由于跑步机驱动电机必须满足各种体重的人来使用。