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智能保健仪

专家
2013-01-30 10:57:54     打赏

作者:西南科技大学 李江涛 周超 庄为

指导教师:王顺利

  作品简介

 

  开发背景:当代的人们由于学习、工作压力,导致锻炼身体的时间减少,很多人处于亚健康状态。为了让人们的身体健康,我们设计出这款智能保健提醒仪,希望人们在我们的提醒下,能适时地锻炼下自己的身体。

  智能保健仪是根据不同人群的年龄,预先设置了不同的模式。不同的模式下,通过压力式传感器检测压力,感应人是否已经坐下。当检测到人坐下工作时,保健仪开始工作,到了一定的时间,提醒人们应该开始锻炼一下,锻炼一定的时间,提醒人可以继续工作。根据网上搜索到一些保健资料,我们设定了不同的锻炼模式和工作的时间。

  结构说明:本产品主控单片机为STC15F2K60S2,外围模块包括传感器模块、液晶显示模块、电源模块、MP3播放模块。系统结构图如下:

  


  功能说明:

  1.传感器模块:感应重力,判断人是否坐下,输出信号给单片机

  2.液晶显示模块:显示模式、工作的时间

  3.电源模块: 稳压、提供电源

  4.MP3播放模块:播放提醒语音、音乐

  5.按键模块:选择不同的模式,音乐控制

  使用说明:使用前先用按键选择液晶上显示的不同的模式,模式分别为小孩模式、青年模式、老人模式,然后单片机会进入当前模式并等待传感器的信号。当没有人坐下时,传感器没有输出,单片机处于空闲状态,液晶显示等待;当有人坐下时,传感器输出给单片机。单片机检测到输出后在相应模式下开始计时,液晶显示定时。当时间到达时,控制MP3播放提醒锻炼语音,然后MP3开始播放音乐(可按键暂停),锻炼一定时间后,单片机控制MP3播放结束语音。整个系统复位,等待下次使用。

 

  平台选型说明

 

  作品是基于stc15f2k60s2单片机,基本供电电压是5v。我们选用的元器件有:运算放大器LM324N、电压比较器LM339N、稳压芯片L7805CV、语音芯片WTV020-SD-16P。

  1、 运算放大器LM324N:

  LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比,它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下,静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源,因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端。

  2、 电压比较器LM339:

  LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器,该电压比较器的特点是:1)失调电压小,典型值为2mV;2)电源电压范围宽,单电源为2-36V,双电源电压为±1V-±18V;3)对比较信号源的内阻限制较宽;4)共模范围很大,为0~(Ucc-1.5V)Vo;5)差动输入电压范围较大,大到可以等于电源电压;6)输出端电位可灵活方便地选用。

  3、 稳压芯片L7805CV:

  L7805CV是常用的电压稳压器件,只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端。电压输出范围为4.8v~5.0v,最低输入电压比输出电压高3-4V。还要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗,所以一般输入为9-15V之间。

  4、 语音芯片WTV020-SD-16P:

  WTV020-SD-16P模块是一款可重复擦写语音内容的大容量存储类型的语音模块,可外挂最大容量为1GB的SD卡存储器。能加载WAV格式和AD4语音。

  WTV020-SD模块以WTV020SD-20S语音片为主控核心,具有MP3控制模式,按键一对一控制模式,上电循环播放控制模式。

 

  设计说明

 

  设计原理:利用传感器将压力信号转换为电压信号,通过LM324差动放大电压,放大后的电压输出到LM339比较器,比较器判断是否是有人坐下;通过单片机接受传感器的信号,控制单片机内部定时器工作,并显示在液晶上;MP3模块接收单片机的控制信号,播放相应的语音及音乐。

  一、传感器模块(见图四):

  传感器利用应变式电阻,采用惠斯通差动全桥(见图一),把电压对应变片的形变量转 换为电压。由于应变片的输出电压只有毫伏级别,并且有正负极,所以采用差动放大电路(见图二),使用LM324功放芯片。当电压放大到伏级别的时候,输出到LM339比较器。比较器的基准值设置为15kg对应的传感器输出的经过放大后的电压值,这样设置的目的在于,当椅子上有其他较轻的物体时不至于触发单片机工作,导致单片机错误发出指令。经过比较后,比较器或输出高电平,或输出低电平,单片机通过IO口采集信号,判断是否有人坐下。

  

  


  二、MP3播放模块:

  


  MP3模块采用WTV020-SD型语音芯片,在串口模式(电路见图三)下,由单片机控制RESET实现芯片的复位,控制CLK发出时间脉冲,用以DI端数据的接收脉冲信号。DI端口用于数据的接收,可以接收语音的地址,以及语音的循环或者暂停等的控制指令。芯片接收指令后,在SD卡中读取相应的音频,并用芯片的4、5口输出,实现音乐的播放。

  


  三、按键模块(见图五):

  按键主要用于模式选择不同的模式。由于我们的按键应用不多,为了提高单片机的工作效率,我们采用的是独立按键。正常情况下单片机对应的IO口为高电平,当按下某个键的时候,IO变为低电平。其时,单片机在不断检测IO的电位变化,一旦IO的电位有变化,单片机进入指定的子程序。

  


  单片机主程序流程图:

  

  


  设计方案:通过传感器转换压力,输出信号用于单片机在不同模式下控制显示液晶、以及播放MP3模块。

 

  作品特色

 

  本作品的先进性在于使用压力式传感器,感应使用者,省去了使用者自己设置开始的环节,而且使用者是在不知不觉中就启动了智能保健仪。并且,我们还根据科学的数据设定了不同年龄段的人群模式,选择了适合他们的锻炼和休息的时间。

  实用性在于传感器放置于椅子内部,不用使用者自己选择开始,这样就规避了使用者有时忘记或不想使用保健仪的可能,给了他们更多的锻炼的机会。在MP3方面,我们人性地内置了不同类型的音乐,比如健身操,眼保健操的音乐,还有轻音乐等,让使用者使用时更高兴。在单片机方面,我们设置的不同的模式适用不同的人,更增强了本作品的实用性以及适用性。

  创新性在于市场上现有的保健仪都是使用者自己主动去开始锻炼,我们通过传感器,创新地让我们的作品站在主动方面。而且还有音乐播放,这个也是很多保健仪所没有的功能,他们虽然有语音芯片,却没有想到语音芯片可以用来播放音乐,来提高用户的享受感。

 

系统演示视频: http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2777




关键词: 智能     保健     我们     不同     模式     传感器     单片机     模块    

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