电子信息工程学院毕业设计开题报告智能跑步机控制系统的设计学生姓名：刘茂龙专业：电子信息工程班级：94020102学号：2009040201050指导教师：曹阳2013 年3 月开题报告一、选题的依据和意义伴随着社会的发展与进步，人们的生活水平的提高，越来越多的的人喜欢在业余时间进行锻炼，跑步机使人们的业余生活得能够更加充实并且有益身心健康，跑步机控制系统的设计也作为跑步机的核心，设计应用数电、模电、单片机及接口技术、C51的编程等知识，可谓知识面含量非常广，但因现代的微电子技术、计算机技术和嵌入式微控制器技术等的飞速发展，让我们做出各种类型跑步机成为可能。

目前各大城市都有很多家健身中心，不可或缺的跑步机也引领着时代的脚步。

所以智能跑步机控制系统的设计也随着广大用户的需求而变得越发重要，跑步机的设计也在不断地改进和完善。

基于单片机跑步机控制系统主要在于单片机的应用。

单片机又名嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller），明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中，实现的是对象的智能化控制，这一点是巨型机和网络不可能做到的。

其目前的发展趋势主要是CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

开发此项目可以使用户更好的体验跑步机的更多更实际的功能，通过这次毕业课题的设计，一方面，巩固了我们所学的知识，检验理论运用于实践的能力，同时能够对我所学知识进行一次全面的总结。

另一方面，通过大量资料的查阅，使我对跑步机工作原理有了更深入的了解，有助于提高我独立分析问题和解决问题能力，而且还提高我们综合运用知识的能力和改善了我们的知识结构，为以后的工作积累了一定的经验。

二、选题研究的基本内容要求基于单片机设计一个跑步机控制系统。

该跑步机以单片机作为核心部件产生逻辑控制及信号，能够显示跑步者跑步的时间，跑步者消耗的热量，跑步者跑步的速度跑步机坡度可调的功能。

通过软件编程，易于实现功能的扩展。

1、设计跑步机能够显示跑步的总时间。

2、设计跑步机能够显示跑步者跑步的速度。

3、设计实现跑步机速度与坡度可以调节。

4、设计跑步机显示跑步者累计消耗的热量。

5、逐步完成各部分电路的设计。

6、完成软件编程。

7、完成硬件电路的仿真及硬件调试等主要任务。

三、研究方法及措施对现有的跑步机进行分析、理解，剖析其组成要件及各部件的组成原理，为选取合理软件的开发方案做准备，在设计的过程中遇到了很多的困难，智能跑步机的设计，要求达到四个技术指标，跑步机开始工作时，能够显示跑步的时间，显示跑步的速度，显示跑步过程中消耗的总热量，跑步机的坡度可调。

设计通过单片机实现程序的编辑与脉冲信号的输出。

时间显示部分利用定时器计时实现。

跑步速度通过控制电机转速，调速电机转速由单片机编程输出方波信号并利用继电器控制直流电机的通断来实现调速电机通电时间，进而控制调速电机的转速。

热量计算部分通过时间、速度、相应速度所对应的能量消耗指数来计算并通过液晶显示器显示。

显示部分，设计同时显示跑步时间，跑步速度还有跑步时消耗的总热量。

设计速度可调节快慢，本设计中速度通过按键调节，每按一次加速或减速键，速度会有相应的提升或减慢。

在液晶显示器中显示出时间信号，速度信号还有消耗热量信号。

另一个调坡度电机控制跑步机的坡度，调坡度电机选为步进电机，当调坡度电机通电时机电机转动，断电时电机停止转动，利用螺旋杆连接跑步机，通过控制电机的正反转，控制跑步机坡度的大小，既达到设计要求。

1、电机的选择与控制本设计中有两个部分需要用到电机，一部分是跑步机的跑动带滚动部分，另一部分是跑步机坡度调节部分，需要用到两个不同的电机，本设计中均选择步进电机进行设计，步进电机通过驱动器信号输入端输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制。

2、速度调节的设计首先在速度调节部分，速度的控制主要是根据单片机内部编程来实现速度的变化，本设计可实现控制电机转速在一定范围内变化，进而使跑步机开始运作后的跑步带速度可以调节，即跑步者可以感受不同强度的跑步训练。

设计的过程中电机速度与跑步带的速度纯在线性关系，因此可实现跑步带速度通过电机转速调节，本设计采用按钮调节，即加速与减速按钮，可调节跑步带速度的快慢，即满足了跑步机跑步速度可调的设计要求。

3、速度显示部分的设计速度控制的设计还需要显示在显示屏上。

这样方便于跑步者知道自己的跑步状态，以便在以后的跑步锻炼中确定适合自己的跑步速度。

所以跑步机控制系统的显示部分也显得尤为重要，因此必须要用到液晶显示器，显示器通过单片机内部程序控制直接显示出跑步机运作时的实时数据。

4、跑步时间的显示设计显示跑步者开始跑步后的跑步时间，即应用计时器功能累计计时，当跑步机停止工作时计时停止，总体由单片机内部程序编写控制，本模块比较容易实现。

图1 跑步机速度调节与显示模块5、热量计算并显示热量根据跑步的速度与跑步的时间累计计算得到，不同的跑步速度会对应不同的单位时间热量消耗值，本设计在设计时将不同速度段对应的热量消耗输入到单片机内部程序中，并在跑步机开始工作后会计算出跑步者实时累计消耗的热量，即达到了显示热量消耗的功能。

热量值为速度与时间还有固定k 值的乘积。

6、坡度的调节坡度调节也作为比较重要的一部分在设计要求之内，坡度的调节可以模拟不同的路况，更加贴近实际跑步的环境这样的设计更加符合实际的跑步环境。

设计坡度调节需要应用到另一个电机，通过控制电机的运转状态来调节电机的运转时间长短，主要不是靠电机将人升上去，而是靠电机的旋转，带动螺纹杆的进出达到跑步机升降的作用。

因此仅需控制坡度调节的电机开关通断即可控制跑步机的坡度，即达到了设计要求。

下图为坡度调节模块原理框图。

图2 跑步机坡度调节模块电机驱动电路坡度减小按键坡度增加按键51单片机速度显示驱动电路 减速按键计时显示51单片机加速按键调速电机采用结构化方法编程。

采用结构化的程序设计方法和C51高级编程语言，并给出了相应的程序流程图。

图3主程序流程图显示热量显示速度显示时间否否是调节速度否是坡度调节结束调节坡度中断初始化 液晶显示初始化开始开始 是图4 速度调节子程序流程图yesn++; y=y*10nonoyesx<0 x=-xdata=xx=x/10x=0 startyesn--write_data(_data_%(y*10)y+0x30)n=0 noover7、利用现有设备仿真的方法本设计用到实验室现有的试验设备以及电脑所安装的软件进行仿真，仿真是电路设计过程中必不可少的一个环节，在本课题设计中原理设计是完全正确的电路，但是拿到仿真中也未必能够正常的工作，可能会纯在一些仿真的问题，所以只有在仿真是才能真正的找到问题所在，并加以改正。

在虚拟测试系统的仿真过程中，会发现并解决很多的问题，其中班阔设计上的问题以及软件程序设计等所造成的问题。

经过认真的检查，仔细的修改最终达到可实现仿真的效果。

即设计合乎课题要求。

8、现有基础和具备的条件通过在校四年的学习,本人较好地掌握了必须的专业基础知识,基本理论与基本技能,具备了研究新课题的初步基础，四年的大学学习生涯在专业基础老师的帮助和指导下，系统的学习了模拟/数字电子，测控电路，电力电子技术，测控仪器设计，常用电子仪器原理，数字信号处理,Matlab /Proteus仿真，Protel/Visio制图，自动控制原理，单片机和等理论课程，在学习了上述课程的基础上，我对该课题能够更加深入的了解其中设计到的知识点，并结合自己所学的知识做出相应的设计方案，另外还有经验丰富、知识精湛的毕业指导老师，丰富的电子资料（中国知网、万方数据库等）可以供自己查阅质料，有测控技术专业实验室和计算机机房可以使用以便进行设计的仿真，以及比较好的硬件条件。

这样就使得我的设计在技术和硬件上上得到了支持，相信自己能够把该课题做好。

9、最后将测试后程序烧进芯片并对整个开发过程中所用到的全部资料进行整理，形成完整的毕业论文。

准备追后的答辩。

四、毕业设计进度及步骤序号起止日期计划完成内容1 第1周查阅课题相关论文文献，阅读相关的资料，了解背景。

2 第2周阅读相关英文文献，完成其中的5000字的翻译。

3 第3周撰写文献综述和开题报告，完成开题答辩。

4 第4周熟悉单片机的控制系统。

5 第5周熟悉编程proteus软件。

6 第6周编写控制程序，上机调试。

7 第7周调试修改控制程序。

8 第8周准备完成中期检查。

9 第9周熟悉程序。

10 第10—11周调试完成，开始撰写毕业论文。

11 第12—13周按相关要求完成毕业论文初稿，交导师审阅。

12 第14—16周修改毕业论文，并最终定稿打印，准备答辩。

五、参考文献[1] 李玉梅. 基于MCS-51系列单片机原理的应用设计. 北京：国防工业出版社，2006[2] 楼然苗等. 51系列单片机设计实例（第2版）. 北京：北京航空航天大学出版社，2006[3] 张友顺等. 单片机应用系统设计与实现. 福州：福建科学技术出版社，2005[4] 谢振辉. 改进式MCS-51单片机实验. 北京：科学技术出版社，2006[5] 于永权等. 单片机在控制系统中的应用 . 北京：电子工业出版社，2003[6] 张义和. 例说8051. 北京：人民邮电出版社，2006。