王少彪

摘 要：隨著生活質(zhì)量的不斷提升，人們對生活品質(zhì)的要求越來越高；健身已經(jīng)成為廣大群眾的一項愛好，深蹲是練大腿肌肉的王牌動作。又恰好是最需要大肺活量和強健心臟的動作。另外堅持做還會起到減肥的作用。然而不正確的技術(shù)動作反而會使膝關(guān)節(jié)受損，尤其是在配合杠鈴練習(xí)時，因此需要人們?nèi)硇牡耐度氲絼幼鞅旧恚绻竽X分神去計數(shù)很可能會影響動作的靈活和標(biāo)準(zhǔn)程度，從而造成技術(shù)動作不正確，甚至危及到自身安全。為了解決這一難題開發(fā)一款合適的計數(shù)裝置就顯得十分迫切。該文以單片機(jī)為硬件基礎(chǔ)開發(fā)出的深蹲計數(shù)器可以很好的解決這些問題。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙 MPU-6050模塊 OLED

中圖分類號：G424.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0011-02

計數(shù)器采用目前國際流行的穿戴設(shè)備解決方案CC2541片載系統(tǒng)為主控芯片；MPU-6050模塊檢測運動曲線，OLED顯示工作狀態(tài)的方式，完成設(shè)計、開發(fā)工作，使產(chǎn)品不僅有檢測和顯示的功能，還有藍(lán)牙4.0功能模塊，從而解決手機(jī)或者其他移動終端與設(shè)備的連接，通過Android和蘋果手機(jī)APP達(dá)到數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)分享的目的。

1 硬件部分

CC2541是德州儀器開發(fā)的專門用于智能穿戴設(shè)備的低功耗片載系統(tǒng)解決方案，出色的鏈路預(yù)算，支持250 kbps、500 kbps、1 Mbps、2 Mbps 的數(shù)據(jù)速率，符合世界范圍內(nèi)的無線電頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)：ETSI EN 300 328和EN 300 440 2類（歐洲），F(xiàn)CC CFR47 15部分（美國）和ARIB STD-T66（日本），2.4 GHz符合低能耗規(guī)范。

CC2541的大小是制作小型移動設(shè)備的優(yōu)勢所在，大小只有6 mm×6 mm，方形扁平QFN封裝，多種工作模式，寬泛的電壓范圍（2～3.6 V），可編程閃存達(dá)128 K，集成藍(lán)牙4.0的同時還集成有電池監(jiān)視器和溫度傳感器，23個通用I/O引腳（2個引腳可以直接驅(qū)動LED，不需要單獨的驅(qū)動電路。）。

MPU-6050模塊可以檢測運動曲線，數(shù)字運動處理引擎可減少復(fù)雜的融合演算數(shù)據(jù)、姿勢感應(yīng)等；可以檢測出整個深蹲姿勢的運動曲線，從而幫助CPU判斷整個運動過程的完成程度，排除非深蹲以外的運動姿勢，使系統(tǒng)達(dá)到完美檢測計數(shù)的效果。

OLED顯示運動量，OLED不單結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，還能達(dá)到醒目和提神的作用，完全可以滿足產(chǎn)品的需要（見圖1）。

2 軟件部分

CC2541內(nèi)部集成有高效8051內(nèi)核，可以完成對MPU-6050的數(shù)據(jù)采集功能，通過檢測到的數(shù)據(jù)，在以Z軸為主獲取加速度的同時檢測水平方向的運動姿勢，并通過動作時間和加速度作用時間分析佩戴者的動作是否標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，從而達(dá)到檢測、計數(shù)和提醒動作不規(guī)范的效果；避免佩戴者不正確的運動姿勢造成身體上的損傷，及時糾正佩戴者的姿勢。

內(nèi)部采取精簡、高效的C51算法，以中斷的方式為CC2541提供及時有效的姿勢判斷依據(jù)，從而使CPU達(dá)到運算準(zhǔn)確、反應(yīng)及時，并通過藍(lán)牙模塊和移動終端建立聯(lián)系，將實時數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)或者其他設(shè)備上，使我們更好的了解當(dāng)前的運動狀況，并旁觀者提供對運動者本身有采取保護(hù)措施的時間和時機(jī)。

設(shè)備本身有判斷誤操作的能力，可以通過MPU-6050檢測運動姿勢，排除非深蹲以外的其他運動姿勢，在算法上做出精準(zhǔn)判斷，以此減少誤判；使穿戴設(shè)備更加專一，減少因操作不當(dāng)造成的損壞，從而保證設(shè)備本身的使用壽命。

以下是部分代碼：

（1）初始化。

P1D1|=0x01；//設(shè)置為輸出模式

P1S1&=0x01；//設(shè)置為通用I/O；

P10=1；//輸出高電平

P10=0；//輸出低電平；

（2）按鍵讀取。

Unsigned char KeyScan（void）

{ if （P10 == 0）{ DelayMS（10）； //延時 10MS 去抖

if （P10== 0）{ while（！P10）； //松手檢測 return 1； //有按鍵按下

} } return 0； //無按鍵按下

}

（3）中斷方式按鍵 初始化。

P0IEN |= 0x1； //P0IEN： 端口 0，位 7 至位 0 中斷使能。0：中斷禁止；1：中斷使能

PICTL |= 0x1； //端口 0，引腳 7 至 0 輸入模式下的中斷配置

P1IEN |= 0x1； //端口 0，位 7 至位 0 中斷使能。0：中斷禁止；1：中斷使能；

P1IFG = 0x00； //端口 0，位 7 至位 0 輸入中斷狀態(tài)標(biāo)志。

P1_ISR（void）

{ DelayS（10）； `

OLED11 = ～OLED11；

P11IFG1 = 0；

}

（4）看門狗 初始化。

void Init_Watchdog（void）

{ WDCTL = 0x00； //打開 IDLE 才能設(shè)置看門狗

WDCTL |= 0x08； //定時器間隔選擇，間隔一秒

}

需要不斷處理看門狗程序， 因為錯誤或其他原因長時間處理， 系統(tǒng)就會復(fù)位 以下是處理程序。

Void DDog（void）

{ WDCTL = 0xa0； //清除定時器。當(dāng) 0xA 跟隨 0x5 寫到這些位，定時器被清除

WDCTL = 0x50； }

3 調(diào)試部分

調(diào)試部分分為單機(jī)調(diào)試和連接上位機(jī)調(diào)試，單機(jī)調(diào)試即為不聯(lián)接藍(lán)牙時設(shè)備單獨工作，開機(jī)后OLED顯示當(dāng)前日期和時間，顯示當(dāng)日的運動狀況，當(dāng)前的藍(lán)牙模式，以電池的電量，并滾動顯示運動時間和設(shè)備狀態(tài)。用戶長按按鍵后可進(jìn)入睡眠模式，再次長按后退出睡眠模式，并在電量到達(dá)下限時以振動的方式提醒用戶充電。

聯(lián)接上位機(jī)調(diào)試設(shè)備時為以方便可以不使用手機(jī)，而改用PC，在電腦上安裝BleConfig，該軟件是基于藍(lán)牙透傳模塊的上位機(jī)串口調(diào)試軟件，可用于查詢、調(diào)試藍(lán)牙模塊等，如果是安卓手機(jī)操作系統(tǒng)為4.3以上，蘋果設(shè)備的操作系統(tǒng)為7.0及以上，在手機(jī)上裝APP也可以用于調(diào)試系統(tǒng)。數(shù)據(jù)加密，連接間隔30 ms，廣播間隔150 ms。給設(shè)備供3.3 V電以后通過串口連接到PC，開機(jī)喚醒設(shè)備，OLED顯示當(dāng)前日期及時間，以及電池電量和藍(lán)牙狀態(tài)，藍(lán)牙狀態(tài)閃爍時在電腦端連接設(shè)備后打開BleConfig，接收顯示當(dāng)天運動狀況，以及計算所得消耗的卡路里，顯示當(dāng)天的運動時間。

還可以通過上機(jī)機(jī)制訂運動方案，設(shè)定運動時間，并使設(shè)備按照計劃在OLED上顯示當(dāng)前的計劃完成情況，并把運動方案在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下一并發(fā)送給上位機(jī)，使用戶對運動完成情況有一個正確的判斷，還可以在上位機(jī)上設(shè)置設(shè)備的參數(shù)，例如時間和模式，也可以在上位機(jī)上操作設(shè)備使其關(guān)機(jī)，或者進(jìn)入睡眠，和喚醒睡眠。

設(shè)備是用來檢測運動時人體的深蹲姿勢，正確佩戴位置在人體腰間，在人體大量運動時會出汗水，因此為設(shè)備增加防水功能就顯得十分迫切，設(shè)備沒有安裝蜂鳴器是考慮到健身房是公共場所，不應(yīng)該發(fā)出聲音給其他人造成不必要的困擾，但是配備有振動電機(jī)，因此同樣可以為佩戴者提供必要的提示。而且在防水的情況下做好密封會影響蜂鳴器的效果，因此不提供聲音上的提示是因為產(chǎn)品本身的限制。

4 結(jié)語

該產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)在國際上都是首屈一指的，不是因為它的硬件水平領(lǐng)先，使用的解決方案是國際流行的智能穿戴方案，只是在設(shè)計理念上、對硬件和軟件的開發(fā)理念上提出創(chuàng)新，從而制造出一個與智能手環(huán)相區(qū)別的穿戴智能設(shè)備，它有自身特有的功能，特有的工作模式；是指定運動姿勢的重要輔助工具，可以讓佩戴者全身心的投入到運動本身，不必分心去做姿勢和計數(shù)，解決了肢體運動和腦力運動不可分離的困擾，保障運動者有一個高效的運動方案，提高人們對健身智能化事業(yè)的認(rèn)知。并且可以通過藍(lán)牙透傳的方式把運動數(shù)據(jù)上傳保存，使個人對自身健身、運動有一個很好的評估依據(jù)，因此產(chǎn)品一經(jīng)使用必然會對運動事業(yè)帶來更多樂趣。而且解決方案是國際IC設(shè)計大廠德州儀器提供，技術(shù)可以得到保障，產(chǎn)品與流行智能手環(huán)有著相同的血統(tǒng)，因此其待機(jī)、使用體驗也會很卓越。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜大源.單片機(jī)技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2] 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[3] 明日科技.Android從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.