第一届UEAL| 计步器

Zmflc 2016-05-04

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1.硬件资源

本计步器使用的主要硬件资源如下：

1） MCU一个：TI公司的MSP430；

2）加速度传感器一个：MPU6050；

3）蓝牙模块一个；

4） OLED显示屏一个；

5） 4.2V锂电池一个；

2.方案设计论证

计步器使用加速度传感器来检测行走过程中的加速度变化，通过分析加速度的变化规律和变化剧烈程度来检测人体的运动状态（静止、行走、跑动等等）。通过TI公司的MSP430fg439 MCU进行数据读取与分析，在128X64像素的OLED显示屏上进行显示，同时也通过蓝牙模块将运动状态、计步数据上发给上位机。

总结方案功能：

1）可鉴别人体运动状态，如静止、走路和跑步，可将运动状态实时显示在OLED上；

2）当人体处于运动状态时，可以实时记录并显示运动步数；

3）可以通过BLE(低功耗蓝牙)实时发送运动状态和运动步数；

3.系统硬件电路设计

系统主要硬件模块如下所述：

1) 主控制器：德州仪器MSP430fg439。具有多种超低功耗模式，灵活而丰富的系统外设。

2) 运动传感器：MPU6050。MPU6050是InvenSense公司生产的6轴传感器。本次设计中，使用了该传感器的三轴加速度计，用以检测运动状态。该传感器为数字传感器，通过IIC与MCU通讯；

3) BLE模块：采用德州仪器CC2541蓝牙模块，可以以较小功耗发送信息。蓝牙模块通过SCI与MCU通讯；

4) OLED 显示器：采用串行128*64 OLED显示器，通过自己构建字库和图标等，可以完成较为丰富的显示功能，同时整体功耗也比较低。

4. 系统硬件驱动

1) MSP430fg439的使用。MSP430系列单片机是TI的核心产品之一，早在比赛之前就有接触过430的使用。同样的，借助MSP430WARE的帮助，在设计过程中很快地掌握了430的基本使用方式，例如时钟、GPIO、定时器、SCI等外设的使用也并没有遇到太大的难度。

2) MPU6050的驱动。通过学习官方的参考设计，可以很快上手使用该6轴传感器。不得不说这是一款非常出色的产品，从尺寸到功能都非常让人满意。之前我们参加智能车竞赛使用过模拟的加速度计和陀螺仪，后来学习使用MPU6050后爱不释手，其价格也是非常亲民的。MPU6050使用IIC与MCU通讯，除加速度计和陀螺仪功能外，还有一个温度传感器，所以本次设计中也读取了其温度。

3) BLE模块。BLE即低功耗蓝牙，在低功耗设计中很有用。显示器等通常都是能量消耗的大户，所以通过蓝牙发送到上位机是实现低功耗的一个技术手段。本次设计中，可以使用BLE将运动数据实时显示到PC端。

4) OLED显示模块。购买的时候店主提供了一些底层代码，但是处于个人习惯和代码执行效率考虑，已经重写了大部分底层文件。同时自己制作了一些图标，这在显示界面可以看到。

5系统软件设计

本次设计中，系统软件设计分为三部分，即初始化流程、系统主循环功能和中断功能。

1）系统初始化流程包括标题4中讲到的的各种硬件驱动，以及初始界面的显示。

2）系统中断函数负责MPU6050数据的采集和测算，一直到最终的步数计算和运动状态检测。

3）系统主循环负责OLED显示器的刷新和蓝牙信息的发送。

在系统中断函数中，采集MPU6050原始数据以后，通过进行简单的数字滤波，可以认为得到一个较为稳定的数据。在经过一定的数字信号处理，也就是计步器的核心算法，可以得到使用者的运动状态，进而可以得到运动步数。事实上，借助MPU6050可以实现更多种运动状态的检测，包括上楼下楼、起立做下等。

系统主循环中，如果检测到显示信息需要刷新，则刷新显示信息，同时经过蓝牙向PC发送信息。

6.电路图功能详解和参数计算

系统结构如图1所示。

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