基于單片機的仰臥起坐計數(shù)器

摘要：仰臥起坐作為一種體能訓(xùn)練的方法，再加上它不受場地環(huán)境影響的優(yōu)點，成為非常適合社會大眾的簡易運動方式。本設(shè)計將計算機軟、硬件技術(shù)溶為一體，以51單片機作為控制核心，達(dá)到對仰臥起坐的自動計數(shù)。具體過程包括開始、結(jié)束控制，計數(shù)值的實時顯示，測試結(jié)束的提示等。該設(shè)計具有結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、實用性強，可靠性高等特點。

隨著社會的發(fā)展，人們對健康越來越重視，積極地參加各種體育運動，仰臥起坐作為一種體能訓(xùn)練的方法，由于它具有不受場地環(huán)境影響的優(yōu)點，成為非常適合社會大眾的簡易運動方式。仰臥起坐的好處是會鍛煉你的腹肌，讓你能更好地控制自己的身體體重，塑造完美的身材曲線。

除了參加體育運動外，人們還利用電子產(chǎn)品幫助自己量化每天的鍛煉成果。本設(shè)計將計算機軟、硬件技術(shù)溶為一體，以AT89S51單片機為核心，以紅外傳感器來實現(xiàn)對人體位置的檢測，達(dá)到對仰臥起坐的自動計數(shù)。具體過程包括開始、結(jié)束控制，計數(shù)值的實時顯示，測試結(jié)束的提示等。該設(shè)計實用可行，具有結(jié)構(gòu)簡單，實時性強，可靠性高等特點。

1 系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)是光電傳感器、C語言、數(shù)碼顯示管和聲光提示系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，具體方案如框圖1。

其中，光電傳感器：檢測人運動時的兩種狀態(tài)，躺姿和坐姿。

C語言：累加計數(shù)值。

數(shù)碼管：即時的顯示仰臥體坐的個數(shù)。

聲光提示：每到一分鐘自動提示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)包括如下幾個部分：光電傳感器、功能控制、數(shù)碼顯示、聲光提示和計算機控制。

2.1 光電傳感器

光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被測物體阻斷光束，有部分光束發(fā)生反射，受光器則根據(jù)不同的情況做出判斷和反映。常用的光電開關(guān)有：漫反射式光電開關(guān)、鏡反射式光電開關(guān)、對射式光電開關(guān)、槽式光電開關(guān)、以及光纖式光電開關(guān)。本設(shè)計采用的是漫反射光電開關(guān)。

漫反射光電開關(guān)器原理如圖2所示，它發(fā)射光束的同時也接收反射回來的光束，當(dāng)光束發(fā)射出來后遇到阻擋物，則光束經(jīng)過漫反射被接收器吸收，于是就產(chǎn)生了開關(guān)信號。

2.2 功能控制模塊

功能控制涉及3個方面：開始、提示復(fù)位、以及系統(tǒng)復(fù)位，分別如圖3所示。開始鍵按下后計數(shù)器開始工作，提示復(fù)位鍵按下后重新開始計時，每60 s算一次計數(shù)時間，系統(tǒng)復(fù)位鍵按下后，停止工作，計數(shù)器清零。

2.3 數(shù)碼管顯示模塊

LED數(shù)碼管由發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字形的器件，引線在內(nèi)部連接完成。LED具有靈活、高效、低耗的特點。LED數(shù)碼管可均勻排布形成大面積的顯示區(qū)域，比如可以用于圖案或者文字的顯示，或者可以播放視頻文件。顯示模塊如圖4所示。

2.4 聲光提示模塊

在聲光提示系統(tǒng)中，采用燈光閃爍和蜂鳴提示的方法告知被測試者1分鐘時間到了。其中燈光閃爍靠發(fā)光二極管實現(xiàn)，而蜂鳴提示靠Speaker實現(xiàn)，具體的電路圖如圖5所示。

2.5 控制模塊

模塊控制系統(tǒng)主要由AT89C51負(fù)責(zé)，AT89C51是AMETL公司生產(chǎn)的，它是一種高性能的8位微處理器，帶有高密度、可編程、可擦除的功能，與MCS-51指令相互兼容。AT89C51提供以下功能標(biāo)準(zhǔn)：4K的閃存，128字節(jié)的內(nèi)部存儲器，輸入輸出端口32個，16位定時器和計數(shù)器2個，全雙工串行輸入數(shù)據(jù)口1個，片內(nèi)振蕩器，時鐘電路。?AT89C51的引腳XTAL1是反向放大器的輸入引腳，XTAL2是反向放大器的輸出引腳。該反向放大器需要配置振蕩器，如石晶振蕩或者陶瓷振蕩?？刂颇K電路圖如圖6所示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用keil uvision2進(jìn)行編寫，Keil C51軟件能夠提供豐富的庫函數(shù)，并具有功能強大的集成開發(fā)調(diào)試能力，全Windows窗口界面，可以使用戶能在很短的時間內(nèi)就

能學(xué)會使用keil C51來開發(fā)單片機應(yīng)用程序。

Uvision2集成開發(fā)環(huán)境具有一個項目管理器，和一個有錯誤提示的功能豐富的編輯器，以及具有設(shè)置選項、生成工具，在線幫助等功能。利用uvision2可以創(chuàng)建源代碼并看可以將這些代碼放進(jìn)目標(biāo)項目之中進(jìn)行測試。Uvision2具有自動編譯、匯編的能力，并為開發(fā)者提供一個簡便的操作界面。主程序流程圖如圖7所示。

部分程序如下：

4 系統(tǒng)仿真

Protues軟件是EDA的一種工具軟件，它不僅具有一般的仿真功能，還能仿真單片機以及外圍的一些元器件，它是目前公認(rèn)為較好的單片機仿真工具。

Proteus可以繪制SCH原理圖、進(jìn)行程序元代碼的調(diào)試，仿真單片機及外圍的元器件，印刷電路板的設(shè)計，真正地實現(xiàn)了從SCH原理圖到產(chǎn)品問世的完整開發(fā)。Proteus是一款將電子線路仿真軟件、印刷電路板設(shè)計軟件以及模型交互仿真軟件三者結(jié)合在一起的非常有用的軟件平臺，其處理器支持的模型有8051、ARM等，并一直持續(xù)增加一些實用的處理器模型。在軟件語言編譯方面，它也支持IAR、MATLAB等多種編譯。本仿真就采用Protues軟件進(jìn)行仿真，仿真電路圖如圖8所示。

實物圖如圖9所示。

5 結(jié)論

本文以51單片機為基礎(chǔ)，以光電傳感器作為測試者位置的檢測裝置，實現(xiàn)了仰臥體坐計數(shù)器，為人們的日常運動提供了一種新的可選擇的便捷方式。通過仿真，可見本設(shè)計

合理可靠。但該設(shè)計也存在著不足，如只允許兩位數(shù)的計數(shù)值，若計數(shù)值達(dá)到三位數(shù)，便不能完全顯示，這種情況下便需要采用動態(tài)顯示，所以仍需在后續(xù)設(shè)計中加以改進(jìn)?？傊鞠到y(tǒng)集成了傳感器、LED數(shù)碼顯示及相關(guān)模塊，具有一定的實踐價值并對相關(guān)的研究具有借鑒意義。