智能啞鈴的設(shè)計(jì)

引言

隨著生活水平和認(rèn)識(shí)水平的提高，人們開始更多地關(guān)注自身健康。健身已經(jīng)不僅是維持健康的手段，同時(shí)也成為了一種時(shí)尚。然而，由于居住空間和其他一些現(xiàn)實(shí)因素的影響，并不是所有人都會(huì)選擇大型的健身器材。占用空間小、使用方便的啞鈴也不失為一種很好的選擇。本設(shè)計(jì)的智能啞鈴更是如同私人教練一樣，可以對個(gè)人的鍛煉加以指導(dǎo)。

智能啞鈴主要由三個(gè)模塊組成：人機(jī)接口模塊、MC9S08QG8CPBE模塊和三軸小量程加速傳感器MMA7260QT模塊。其中，三軸小量程加速傳感器MMA7260QT模塊用于檢測鍛煉者舉起啞鈴的高度，以及舉起這段高度的加速度。MC9S08QG8CPBE模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器用于讀取輸出信號(hào)，并且顯示鍛煉的效果。

MC9S08QG8CPBE介紹

MC9S08QG8CPBE是飛思卡爾8位微控制器系列中具有很高集成度的器件。MC9S08QG MCU集成了那些通常只有較大、較昂貴的元器件才具有的性能，包括背景調(diào)試系統(tǒng)以及可進(jìn)行實(shí)時(shí)總線捕捉的內(nèi)置在線仿真（ICE）功能，具有單線的調(diào)試及仿真接口。該產(chǎn)品的特色還包括一個(gè)可編程的16位定時(shí)器/脈沖寬度調(diào)制（PWM）模塊（TPM）。結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高的MC9S08QG8CPBE實(shí)現(xiàn)了飛思卡爾豐富的外設(shè)與HCS08內(nèi)核卓越性能的結(jié)合，包括更長的電池壽命（即使工作電壓低至1.8V，也能發(fā)揮最大效能）、業(yè)界領(lǐng)先的FLASH技術(shù)以及創(chuàng)新的開發(fā)支持。對于諸如無線通訊、手持式設(shè)備、小家電、基于簡化型媒體訪問控制器（SMAC）、玩具等對功耗和尺寸要求較高的應(yīng)用來說，MC9S08QG8CPBE都是出色的解決方案。該產(chǎn)品采用了SST授權(quán)使用的SuperFlash技術(shù)。

MMA7260QT介紹
MMA7260QT低量程三軸向加速度傳感器廣泛用于移動(dòng)硬盤、手機(jī)、筆記本電腦和MP3/MP4播放器等各種手持設(shè)備的運(yùn)動(dòng)識(shí)別。它采用了信號(hào)調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù)，并提供4個(gè)量程，用戶可在4個(gè)靈敏度中選擇。該器件帶有低通濾波并已做零g補(bǔ)償。

三軸小量程加速傳感器是檢測物件運(yùn)動(dòng)和方向的傳感器，它根據(jù)物件運(yùn)動(dòng)和方向改變輸出信號(hào)的電壓值。各軸的信號(hào)在不運(yùn)動(dòng)或不受重力作用的狀態(tài)下（0g）,其輸出為1.65V。如果沿著某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，或者受到重力作用，輸出電壓就會(huì)根據(jù)其運(yùn)動(dòng)方向以及設(shè)定的傳感器靈敏度而改變。用MC9S08QG8單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器讀取此輸出信號(hào)，就可以檢測其運(yùn)動(dòng)和方向。當(dāng)使用MM-2860及CT-298時(shí)，可下載RD3152MMA7260Q.EXE開發(fā)軟件，通過USB接口進(jìn)行加速度的數(shù)據(jù)收集及分析。

系統(tǒng)框圖

本設(shè)計(jì)采用一個(gè)MC9S08QG8CPBE微控制器作為"啞鈴檢測設(shè)置系統(tǒng)"的控制核心，采用三軸小量程加速傳感器（型號(hào)：MM-7260）模塊進(jìn)行加速度檢測，如圖1所示。系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)MC9S08QG8CPBE微控制器為各種復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)提供了保障；
(2)三軸小量程加速傳感器模塊的使用，提高了健身強(qiáng)度檢測的精度；
(3)優(yōu)化的軟件算法、智能化的分析使得健身強(qiáng)度分析更加合理。

軟件流程

在充分比較了匯編語言和C語言之后，決定采用C語言作為編程工具，原因是C語言符合思維習(xí)慣，算法應(yīng)用靈活，計(jì)算功能強(qiáng)大，程序的可讀性強(qiáng)，方便在不同的處理器間移植，這樣就大大簡化了該系統(tǒng)涉及的控制算法的編程工作。

在該系統(tǒng)的程序編制工作中，采用結(jié)構(gòu)模塊化的編制方法。圖2是系統(tǒng)主程序，首先啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換模塊，反復(fù)判斷轉(zhuǎn)換是否完畢，若轉(zhuǎn)換完畢則由MC9S08QG8CPBE微控制器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后進(jìn)行數(shù)字濾波，并且用聲音和LED同時(shí)反映本次鍛煉的效果，LED用紅、黃、綠三種顏色分別表示優(yōu)秀、中等、下次努力，并且發(fā)出聲音。如果鍛煉超出了人體的鍛煉強(qiáng)度，紅燈將一直閃爍發(fā)出報(bào)警。