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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