1、沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文）開題報告題目:跑步機智能控制系統(tǒng)設計專業(yè)：電子信息工程班級：學號：姓名：指導老師：日期：選題的依據(jù)及意義：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，健康是人們越來與重視的話題,健身熱逐漸成為主流。而現(xiàn)在，社會的發(fā)展忽略環(huán)境的保護，追求GDP的增長，室外的環(huán)境已嚴重不適合人們進行身體鍛煉，汽車的普及，道路上車流如織，汽車尾氣的排放、噪聲的污染、交通事故的頻繁發(fā)生。諸多原因，造成室 外的環(huán)境鍛煉已不適合于人們，有效的進行室內(nèi)鍛煉成為人們提高身體健康、鍛 煉的必然趨勢。而跑步機是當今家庭健身器材中最簡單的一種，是家庭健身器的最佳選擇，不受外界天氣、空氣污染、噪聲污染

2、，在室內(nèi)進行有氧運動，隨時隨 地，方便高效。跑步機的制作上可起到減震作用，對腳踝和膝部反沖擊有減弱作 用，減輕在鍛煉時對我們身體的副作用！跑步機自從20世紀80年代面世以來，隨著集成電路和數(shù)字電路的飛速發(fā) 展，其控制系統(tǒng)也已從最初的模擬單閉環(huán)控制系統(tǒng)發(fā)展到了今天的數(shù)字式雙閉環(huán) 控制系統(tǒng)，而從近些年來科學技術的進步和國內(nèi)外數(shù)字智能運動控制系統(tǒng)的發(fā)展 趨勢來看，未來跑步機控制系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化將成為主流的發(fā)展趨勢，這也 符合人性最基本的規(guī)律，也將是改變現(xiàn)行的體育鍛煉模式的最好途徑。此課題需要通過STM32系列單片機實現(xiàn)對電機的控制，在達到控制轉(zhuǎn)速及公 里數(shù)的同時還具有高性能、低成本、低功耗等優(yōu)勢

3、。STM32系列單片機的優(yōu)點主要有：使用ARM最新的、先進構(gòu)架的Cortex-M3內(nèi)核；優(yōu)異的實時性能，杰出的 功耗控制，能最大程度上的集成整合。按性能分成兩個不同的系列：STM32F103“增強型”系列和STM32F101'基本型”系列。STM32F10系列芯片按片內(nèi)Flash 的大小可分為三大類：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K 384K和 512K。芯片集成定時器，CAN ADC SPI，I2C，USB UART 等多種功能是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；STM32F10系列芯片ARM3位Cortex- M3的CPU.36 MHZI勺最高頻率，6

4、4至128 KB的快閃記憶體，高速，嵌入式記憶 體（至128 KB快閃記憶體和SRAM16字節(jié)）。以16位產(chǎn)品的價格得到比16位 產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。STM32F10適用于：電機 驅(qū)動、應用控制、醫(yī)療、手持設備、編程控制器（PLC、變頻器、掃描儀、打 印機、警報系統(tǒng)、視頻對講、暖氣通風、空調(diào)系統(tǒng)等。因此，通過對STM32F10系列芯片的了解，可在低成本，高效率的前提下實 現(xiàn)對跑步機智能控制系統(tǒng)的設計。二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀：在當下人們生活節(jié)奏越來越快，特別是生活在城市當中的人們，其工 作壓力日益加大，身體所承受的壓力和破壞也日益增大。 增加體育鍛煉，改善身 體機能，成為

5、廣大上班族的迫切需求，但有限的生活空間，有限的自由支配時間 和資金，導致體育健身變得困難重重。在這種情況下，占用空間小，運動效果良 好的跑步機等室內(nèi)運動健身器械得以長足發(fā)展。 特別是跑步機，以其占用空間小， 模擬跑步運動功能良好受到消費者的青睞。 跑步機從70年代末80年代初臺灣的 SporSart、True、Johnson（后為中國產(chǎn)）、MagTonic、Pluse牌跑步機開始進入 市場，其中的許多廠商是在為美國及英國廠商進行合作生產(chǎn)配件過程中，發(fā)展成自創(chuàng)品牌貨貼牌生產(chǎn)（使用美、英產(chǎn)品商標，在臺灣生產(chǎn)）。而在電動跑步機的 制造商，我國直到90年代末才出現(xiàn)萬年青、喬山、匯祥、百利恒等自主品牌，

6、 這是中國健身器材工業(yè)的真正開始，而我國跑步機也正是在這個時期發(fā)展起來 的。在我國跑步機的新興階段，我國已經(jīng)借鑒了一些國外跑步機在設置方面上 的經(jīng)驗，在控制系統(tǒng)和性能特點上的一定程度上的改進，克服了以往跑步機笨重的特點。綜合分析可得出：當下跑步機的發(fā)展趨勢主要是提高其跑步舒適體驗， 相關研發(fā)人員在不同跑步模式、跑步過程中下肢受力情況不同從而導致的不同跑 步體驗、感受方面大做文章。在增加跑步機的運動功能種類方面卻鮮有涉足和建 樹。通過對機械方面的設計創(chuàng)新，增加運動種類，相信會在未來跑步機的發(fā)展中 開辟出新的方向和道路。三、本課題的研究內(nèi)容和研究目的要求基于單片機設計一個跑步機控制系統(tǒng)。該跑步機以

7、單片機作為核心部件產(chǎn)生邏輯控制及信號，能夠顯示跑步者跑步的時間，跑步者跑步里程數(shù)及隨意加減跑步速度等功能。通過軟件編程，易于實現(xiàn)功能的擴展在進行系統(tǒng)設計時，首先要學習 STM32系列單片機的基本特性，從高性能、 成本、功耗等各方面綜合考慮并進行比較，選出相對成本低，功能全的單片機， 說明在跑步機智能控制系統(tǒng)中選用STM32F103VB片機的原因，并細致了解STM32F103V單片機的特性，此單片機各方面相關內(nèi)容，它如何實現(xiàn)對其他硬件 的控制，并在此基礎上進行系統(tǒng)硬件原理圖的設計，還有各設備主程序流程圖的設計，最終完成系統(tǒng)的總體設計，實現(xiàn)系統(tǒng)所需要的功能。要求：1. 調(diào)研市場上各類跑步機的主要功

8、能；2. 利用觸摸屏設定速度、時間等參數(shù)；3. 顯示所跑公里數(shù)、時間等值；在此基礎上可進一步完成：1. 隨意加減速度；2. 必要的安全措施；四、本課題研究方案對現(xiàn)有的跑步機進行分析、理解，剖析其組成要件及各部件的組成原理，為選取合理軟件的開發(fā)方案做準備，在設計的過程中遇到了很多的困難， 智能跑步機 的設計，要求達到四個技術指標，跑步機開始工作時，能夠顯示跑步的時間，顯 示跑步的速度，顯示跑步里程數(shù)。時間顯示部分利用定時器計時實現(xiàn)。跑步速度 通過控制電機轉(zhuǎn)速，調(diào)速電機轉(zhuǎn)速由單片機編程輸出方波信號并利用繼電器控制 直流電機的通斷來實現(xiàn)調(diào)速電機通電時間， 進而控制調(diào)速電機的轉(zhuǎn)速。設計速度 可調(diào)節(jié)快慢

9、，本設計中速度通過按鍵調(diào)節(jié)，每按一次加速或減速鍵，速度會有相 應的提升或減慢。跑步機系統(tǒng)主要由電源、STM32F103VB輸入部分、電機調(diào)速電路、顯示電路等幾部分組成。硬件方面采用了 ST公司的STM32F103V作為系統(tǒng)的主控芯片,配合觸摸屏、 電機等器件進行PCB設計。主控模塊由STM32F103V單片機來完成，輸入及顯示 模塊由液晶顯示屏來實現(xiàn)，調(diào)速驅(qū)動模塊由電機作業(yè)實現(xiàn)。4.1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖速度的控制主要是根據(jù)單片機內(nèi)部編程來實現(xiàn)速度的變化，本設計可實現(xiàn)控制電機轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化，進而使跑步機開始運作后的跑步帶速度可以 調(diào)節(jié)，即跑步者可以感受不同強度的跑步訓練。 設計的過程中電機速度

10、與跑步帶 的速度純在線性關系，因此可實現(xiàn)跑步帶速度通過電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，本設計采用按鈕調(diào)節(jié)，即加速與減速按鈕，可調(diào)節(jié)跑步帶速度的快慢，即滿足了跑步機跑步速 度可調(diào)的設計要求。軟件方面使用ST公司官方提供的固件庫進行底層驅(qū)動設計，實現(xiàn)串口、觸摸 屏等驅(qū)動程序；進行RT-Thread嵌入式操作系統(tǒng)的移植；編寫上層應用軟件,實現(xiàn) 對跑步機的智能控制功能。整個軟件系統(tǒng)有主程序、輸入子程序、定時子程序、PWMS速子程序、中斷服務子程序、顯示子程序等。主程序負責整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和控制工作，通過調(diào)用 不同的子程序完成不同的工作。輸入子程序通過采集觸摸輸入信息設定來控制電 機轉(zhuǎn)速及運作時間。定時子程序用來實現(xiàn)時間設

11、定的功能。PWMS速子程序通過 控制SPGT62C19芯片,實現(xiàn)直流電機的轉(zhuǎn)動控制以及轉(zhuǎn)速檢測。顯示子程序用于 顯示速度、里程等相關內(nèi)容。軟件程序均由 C語言編制。4.2軟件系統(tǒng)流程圖五、工作進度安排周次計戈U1查找相關書籍，復習C語言知識，簡單了解STM3的基本知識。組織2大致的框架，了解每部分的原理，確定基本方案。34購買器件，嘗試連接，尋找冋題并解決。56進行軟件編程，并仿真，在此過程中查找問題進行解決。789軟硬件基本出現(xiàn)結(jié)果，實現(xiàn)彼此更好的配合，在此期間可以進行調(diào) 試及改進，實現(xiàn)更好的成果。1011軟件仿真及硬件搭建基本成熟，實現(xiàn)畢業(yè)論文的撰寫。1213六、參考文獻1 喻金錢 STM32F系列ARMCortex-M3核微控制器開發(fā)與應用 M北 京：清華大學出版社，2011年7月2 李寧.基于MDKI勺STM32處理器開發(fā)應