發布日期：2022-10-09 點擊率：66
文章《加速度傳感器在計步器設計中的應用解析（一）》介紹了關于計步器的研究意義、原理及分類之后，今天進一步介紹關于計步器的總體結構設計。
2.計步器系統總體設計結構設計
2.1 計步器總體設計
計步器總體上來說由控制器模塊，輸入模塊，輸出模塊和電源模塊組成。對仿真器進行編程，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LCD顯示輸出。在其中控制器模塊，我采用按鍵模塊，像典型的計步器按鍵一樣，在設計初期設定的按鍵有開始鍵，停止鍵，重新計數鍵以及單片機模塊必須帶有的復位鍵。輸入模塊有MMA7455加速度傳感器為主，單片機為媒介，在檢測出加速度變化時處理計算后輸入給單片機。輸入模塊的關鍵在于加速度傳感器的精度與是否有現成的模塊，而不是需要傳感器感觸裝置本身，因為在電路制作中，存在模塊的傳感器將大大方便PCB板的制作，只需要搞清它的封裝及引腳圖就可以清楚且正確的連接。輸出模塊中采用LCD液晶顯示，它與單片機連接基本上固定的。在液晶顯示中存在一個背景光調節，主要是用一個變阻器接入液晶顯示屏的端口，但由于PCB板的大小在設計初期就要本著越小越好，所以該設計可以忽略。電源模塊我打算采用最為簡單的電池，在電池盒中放置電池，正負極以電烙鐵焊住。
總體方案的設計必須突出簡潔，方便，便攜等特點，存在集成的地方盡量集成，可以節省電路的地方堅決節省。
圖7.計步器系統總體結構
2.2 三種計步器的對比
2.2.1 計步器的精度與質量
這三種計步器，也就是上述的單功能計步器，3D計步器，計步器手表（包括其他附加功能及特別佩戴方式）。在精度上，計步器的精度主要取決于它的傳感器精度，而單功能計步器主要用的是機械震蕩傳感器，精度較低，佩戴固定。而另外兩種計步器都是采用加速度傳感器，精度較高，佩戴相對隨意。在質量上單功能計步器主要是塑料材質，易損壞。另外的兩種主要采用金屬材質，相對堅固。
2.2.2 工作性能與價格
在工作噪音方面，都不存在太大的問題，因為本身計步器就是小儀器，驅動裝置不存在機械問題，固然沒有噪音干擾。在操作上顯然單功能計步器因為其在佩戴上存在先天的短板，固然在真正生活時候操作并不方便。在按鍵上三種計步器按鍵基本沒有差別。在價格上單功能計步器最為便宜，主要是因為它的材料，傳感器型號，其他耗材都很基本，很便宜，手表計步器最貴，主要是因為功能全面，耗材多所致。當然，無論材料變化如何千變萬化，在計步器領域，我們日常所用的計步器都不會超過200元，在足夠資金的情況下，價格問題可以不加以考慮。
2.2.3 耗材更換方面
在耗材方面，主要更換的就是顯示屏跟傳感器，兩者的質量跟價格都不是問題，所以耗材方面我考慮的不多。況且，在計步器市場的激烈競爭中，商家對耗材的價格都有了基本的共識，價格趨于穩定，不需要考慮市場供求關系的影響。
2.2.4 發展趨勢
早期的計步器通常利用擺錘原理做為計步技術。后來發展到用電子感應和加速計技術，這兩種技術和之前的擺錘技術相比更準確，更為重要的是，不必像之前那樣計步器需要佩帶需要和垂直于地面而一般只能帶于皮帶上，因靠感應身體的震動而計步，可以更多方向的佩帶，特別是加速計，更是可以360度任何方向的運作。所以你可以放在口袋或是掛在脖子上，如果計步器體積夠簿小，更是可以放在錢包里面。計步器最基本的功能就是計步，在你散步甚至跑步的時候能幫你計算總共走了幾步。 除了計步功能，卡路里，距離，收音機和時間也是計步器通常帶有的功能，這些功能都非常普遍。隨著發展的深入，溫度計，高度計、心率計、秒表和氣壓計等很多針對戶外活動的功能也越來越多的應用于計步器。
總之，計步器的發展趨勢就是更加便攜，精確，功能多樣化。
2.3 系統硬件結構方案設計
根據系統總體方案設定可知，我們的模塊包括傳感器與單片機的輸入模塊，電源模塊，顯示模塊，按鍵控制模塊。在方案的設定中，它的變化不大，主要變化來自于按鍵模塊的形式，傳感器型號的選擇，顯示模塊的型號選擇。根據系統基本功能進行設計，有以下幾種方案以供選擇。
設計方案一，其基本功能包括LCD液晶顯示，加速度傳感器，按鍵控制模塊作用于LCD。
按鍵電路
圖8.方案一系統硬件結構圖
在方案一中，我用到了加速度傳感器作為信號的接收方，用LCD液晶顯示作為輸出模塊，整體上來說優勢是芯片較少，較精確。
設計方案二，其基本功能包括機加速度動傳感器，LED數碼管顯示，AD轉化，另外添加了時鐘系統。
圖9.手表計步器
設計二方案中有加速度傳感器實現計步器功能，時鐘芯片實現時間顯示功能。
本次設計的計步器系統是基于以鍛煉為目的的計步器，而方案二的時間顯示裝置的作用不是很明顯，因此在考慮計步器要簡單便攜，所以只需要設計出計步功能，而在市場上此類計步器的銷路最好，綜合考慮經濟成本，系統設計原則與結構因素，選擇設計方案一為本次設計的最終方案。（未完待續）
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