智能哑铃设计论文

智能哑铃设计论文内容摘要：

，加速度计的角度，来确定每次运动转过的角度。 语音模块 语音模块包括语音识别终端、语音处理器、语音输出终端、 SCI 模块、 SD 卡等，通过SCI 模块与 MK60DN512VLL10 主控模块进行通 信。 本设计采用 M08A 语音模块进行信息的输出与反馈，其主要功能有两点： （ 1）当语音模块处于工作状态时，对其说出特定的词语或句子，此时由麦克识别该声音，之后由内部芯片对其处理，若识别成功，内部的芯片会产生相对应的二进制代码，并访问 SD 卡中以相同二进制代码命名的一条语音记录，通过扬声器进行播放。 此语音内容可人为更改为自己想用的内容。 （ 2）通过输入端接受单片机的 SCI 模块发来的二进制代码，根据此二进制代码访问语音模块 SD 卡中以相同二进制代码命名的一条语音记录 [4]，通过扬声器进行播放。 3 系统软件设计 MK60DN512主控 模块 4 本 设计采用 C 语言编程，使用 Code Warrior 5 开发环境，通过 BDM 进行调试和下载。 系统软件设计流程如图 2 所示。 MCU 初始化各个驱动程序之后，等待语音模块通过 SCI 模块发来信息，当语音模块接收到“开始”命令之后，发送信息给 MCU。 MCU 接收到开始信息之后，通过 PIT 中断实现周期性的采集陀螺仪和加速度计的数值，并储存到内存中。 被 MCU 不断分析来获取哑铃的状态并进行计数。 当接收到“停止”指令后，停止采集。 在采集数据期间，各个采集时刻的每个坐标轴上的受力就可通过 F=ma 求得，这里要求哑铃的重量已知，软件设计把陀螺仪和加速度计的三个坐标轴重合。 为了让 MCU 能通过累加计算出每次采集周期内所用的功，锻炼者需要在发出“开始”信息之前，选择自己的小臂长度或者采用系统默认值。 采集停止之后，通过语音模块把运动次数和所做的功全部反馈给训练者，让训练者清楚地了解自己本次的训练结果。 图 2 软件流程图 Software flow pattern 4 关键技术研究 传感器模块与主控模块的通信 MMA8451 加速度传感器与主控模块通过模拟 I2C 总线进行通信。 I2C 总线使用三根 信号线进行通信，分别是 SCL、 SDA 和 SA0，外部上拉电阻将加速度计的 SDA 接单片机的 PM 0 口， SCL 接单片机的 PM 1 口，当总线空闲时，这两根线表现为高电平状态。 MMA8451的 I2C 接口可工作在快速模式 400KHz 或普通模式 100KHz。 总线传输开始由 START 信号触发， START 信号定义为，当数据线从高电平跳变到低电平，而时钟线 SCL 仍然保持高电平。 当由主机发送 START 信号后， I2C 总线被认为从空闲（ free）状态进入忙（ busy）状态。 紧接着 START 信号后主机发送的字节，前 7 位用于指示从机地址，第 8 位用于指示数据方向是“读出”（“ 1”数据从从机到主机）还是“写入”（“ 0”数据从主机到从机）。 地址发送完毕后，总线上的所有从机将自己的地址和总线上接收到的地址进行比较，地址匹配的设备即为主机选中设备。 MMA8451 加速度计运动信息采集和处理 5 程序中的信息采集是通过 PIT 中断周期性进行的，哑铃运动不需要过快的处理速度，因此，中断采集速度不能过快。 在设计中我们选择采集频率为 100Hz，及设定 PIT 每 10ms 中断一次。 加速度计和陀螺仪采集到的数据经过物理回归之后，得到相对应的各坐 标轴的带有符号。