基于51单片机的多功能家用跑步机设计与仿真
摘要：着眼于中国科技发展的日新月异，自动化产业的不断发展，智能化机器已经深入到各行各业，跑步机技术在自动化生产领域的应用页日益广泛。本课题以贴合现代人生活，以及人们注重的健康为方向，创新了基于单片机的多功能家用跑步机。本课题通过讲述现代人生活的快节奏方式来引入，通过介绍本课题中简单又方便的操作方法以及会实现的一些更加贴合与各类人群的使用进行了针对性的设计，已达到真正的便捷。
关键词：单片机；多功能跑步机；自动化
Multi function household treadmill based on single chip microcomputer
Abstract：With the development of science and technology and the continuous development of automation industry, intelligent machines have penetrated into all walks of life, and the application pages of treadmill technology in the field of automatic production are more and more widely. This project has innovated the multifunctional household treadmill based on single chip microcomputer to fit the life of modern people and the health of people. This topic is introduced by introducing the fast rhythm way of modern life. By introducing the simple and convenient operation method in this subject, and achieving some more fitting and using of various groups of people, the targeted design has achieved the real convenience.
Keyword: singlechip;multifunctional treadmill;automation.
目录
第一章 绪论
1.1基于单片机的多功能家用跑步机课题的背景及意义......................
1.2跑步机的国内外研究现状............................................
1.3系统框图..........................................................
1.4本课题研究的内容..................................................
第二章 多功能家用跑步机系统的总体设计
2.1设计要求.........................................................
2.2 任务分析........................................................
第三章 AT89C51单片机简介
3.1 跑步机中的单片机介绍..............................................
3.2 MCS-51单片机的内部结构............................................
3.3 MCS-51系列单片机的引脚............................................
第四章 硬件系统的设计
4.1 硬件电路的整体设计................................................
4.2 跑步机简述........................................................
4.3 跑步机的构造......................................................
4.4 晶振电路..........................................................
4.5单片机最小系统电路................................................
4.5.1 复位电路........................................................
4.5.2单片机时钟电路..................................................
4.6 MCS-51单片机系列单片机的存储器结构................................
4.7 电源电路的设计.................... .................... ...........
4.8启动停止模块电路图................................................
4.9速度显示模块电路图................................................
第五章 系统的程序
5.1 软件设计的设计原则................................................
5.2 多功能跑步机系统的程序设计思路....................................
5.3 系统的程序........................................................
第六章总结与展望
参考文献
一．绪论
1.1基于单片机的多功能家用跑步机课题的背景及意义
本课题的主要思想来源于现代人快节奏的生活，现代人类忙于工作以至于没有足够的时间锻炼但是现代人又似乎更加注重于养身，所以在现在生活压力的限制下拥有一台跑步机，可以在办公室或者家里很快的运动一下，节省更多的时间也使得时间的充分利用，故跑步机在人们的生产生活中得到了广泛的应用，在大多数家庭中与大多数的健身房中都有跑步机的存在，并且就是在当今社会家庭中非常普遍的一种健身器材，也是最简单的健身器材，同时它也是家庭健身器材中最值得选择的一款，跑步机具有结构简单操作方便等优点，相比起其他大众的在实际生活的公共场所中的健身器材而言更是具有了相当多的优点，也节省了空间，在跑步机上运动和在户外的运动相对思考，在跑步机上的运动可以适度的减少劳累感并且还大大提升了卡路里的消耗，使得运动的目的达到最大的展现，效果也更让人欣慰，相信这就是现代人都喜欢拥有一台跑步机的原因吧。一位美国东部机械发明师在1875年发明了世界上第一台跑步机，她所设计的跑步机可以说是简化的跑步机了，它简单的说是一台便携式的农机设备。跑步机从真正的意义上开始正式的受到人们的青睐流行至今已经发展到了第四代，美国的第一台以牲畜的动力作为来源的跑步机作为第一台跑步机，主要的运动方式就是依靠跑步者在跑板上与脚底之间的摩擦带来的动力从而使的达到走步以及跑步的效果，也就是说它是以摩擦力的大小来决定了跑步的节奏。第二代的跑步机与第一代的跑步机相比较增加了更加先进的源于以便于跑步机的舒适性、以及较为现代化的一些计算机应用程序，用电脑来操控掌握跑步的速度、坡度等等一些，就是我们熟知的计算机操作系统，我们主需要动动手指就可以完成一些列工作这些简便的操作化模式，他也被称为模拟电动跑步机。在实际的跑步机的发展过程中第三代跑步机就运用到了单片机的灵感，使用单片机来实现对其跑步机速度的控制，它的优点就已经很贴近现代的一些跑步机，由于渐渐的改善它具有了更安全、更稳定的特点。第四代跑步机也就是我们现在所看到的跑步机，是一种对于前几种的跑步机做了更深入的改变的跑步机，新引进的跑步机技术使用了数字变频技术和交流马达，我们知道交流电动机不需要碳刷，所以它终身不需要保养，这就使得跑步机的使用者和跑步机的维修人员更加的省心与安心，这些先决条件就使得跑步机的使用在实际生活中的应用更加的广泛，也为人们生活的高质量要求带来了便捷。随之世界上又出现了第一台可以测心率的跑步机，这是人类在跑步机的发明中世界性的壮举，为全世界以及在未来的健身器材的发明中提供了指引，运动时的心率与平时的心率相比较而言还是有很大的差别，心率也是人的身体状况是否良好的重要指示，这可以使得人们在运动时及时的做好调整，从而进一步的使得运动更加的高效、安心。在目前的调查中显示，大多数的中国同胞的运动者几乎就没有在运动中测心率的潜在意识从而去调整运动的强度。其实设计的心率测试就是为了让运动者们清楚，通过将自己的运动时的心率合理的控制在一定的安全范围内，这样子会使得运动的效果更加的明显也避免了运动不当所带来的对身体的危害。运动主要是使得人的心、肺功能更加的健康，合理的进行运动和坚持不懈的锻炼，一定会发现自己的身体慢慢的正在变得更加健康，也会减少各种病痛的出现。
这次课题的研究主要针对于单片机的一些功能来实现的，就比如上端中提到的用单片机来解释马达在其中的应用为什么越来越广泛，也正是由于单片机控制马达元素的加入使得跑步更加的畅销，单片机来操作马达其最主要的目的就是为了它避免外界的干扰使得跑步机可以在空间独立的可靠的进行使用，是消费者觉得更加的安心。我们在上文中介绍，第二代跑步机与第三代跑步机之间最大的差别就在与一个利用了单片机的数字信号和另一个是利用了计算机的模拟信号：
（1）模拟信号与数字信号在速度最小值的设定上具有一定的跨度，既然是人在运动，就要让安全达到最佳，所以速度的设定在某种程度也是为了适合不同人群的使用所以就要在最低速度的基础上做到再尽可能的低，所以数字信号就做得到，让它的对小速度达到0.3千米每小时，并具有较大的扭矩输出，这也就使得具有最低速度0.8 公里/小时的模拟信号落后了；
（2）使用数字信号的跑步机的时候，当按下停止按钮的时候，跑步机的使用者可以不会感受到强烈的惯性作用影响，也就是说它停下来的过程其实是一个非常柔和的方式。
基于以上两点的介绍就会清楚的知道数字信号具有很大的优点。生命在于运动，健康在于运动。注重生活质量的人们将会更加致力于追求更先进与更高质量的跑步机。
1.2国内外技术的发展
其实在过去的几年随着国人也越来越注重身体健康的问题，家用跑步机也受到了更多人的喜爱与普及。跑步机最先开始的使用是在国外，在国内兴起的时间并不是很长久，而现在中国人也似乎更加倾向于国外的跑步机。网络上也会出现国外的东西总是比国内的东西更受国人喜爱，不论是护肤品，还是时装，这也使我想起来一句笑话“外国的月亮比中国圆”，其实着眼于中国市场，现代的中国科技发展已经是飞速，为什么国人还是依旧致力于国外的产品，主要原因还是国外兴起的比较早。现代人拥有跑步机健身的目的不外乎两点;减肥和健身。那么问题就来了，肥胖的人跑不快，那就需要电动机的低转速才能满足，相反的，想要健身的人质量轻，因此在高速下就需要小的转矩才可以使其满足。因此要使得家庭中大大小小的成员都可以使用，那就需要一个可以可以很大限度调节转矩的跑步机。相信每个人都看到过跑步机，直观的看到的第一眼应该那就是那个宽宽的跑步台了，他就像一个很大的草坪一样，与其一些内部安装的马达配合在安全又舒适的范围内带动我们完成任何你想要完成的运动。在大都市高压力的环境下，让疲惫劳累的工作者在工作之余任然可以体验运动的快乐！
人们也总是寻求更高质量的生活品质，想要看看这美丽的世界，越繁华的地方居住的人也会越多，这也就出现人越来越拥挤，公共活动的空间也就越来越小，再加上现代人出门都以小汽车为主，更是减少了运动的条件。快节奏的生活已经严重的阻碍了身体的高质量要求，所以室内的锻炼就必不可少，因为人类留恋于美好的世界，养身也变得尤为重要了。也就是现代不论是国外和国内的现状吧，都会更加注重于健康。通过上网我了解到，国内目前使用的直流有刷电动机具有以下特点:机械的发出的声音比较大、不足以长时间的工作、后期的维护和修理成本高，费时费力、使用的时间也是受到限制。也正是因为这种系统性能高，所以就使得高花费的制造成本导致了它的市场消费受到限制。要使得跑步机更加的贴合人类的生活，价格也就变至关重要，国内外都在致力于经济耐用的方向都没有实际性的突破。
课题设计要求如下：
1）学习跑步机的相关专业知识，利用单片机来实现跑步机控制；
2）具有启动、停止、恢复默认等快捷按钮，按下启动按钮，跑步机进入慢跑阶段，之后可以人为操作进行加速运动或者是减速，按下恢复默认按钮则可以重新输入运动员接下来想要完成的运动事项；具有设置功能，运动员可以提前设置跑步时间与速度的快慢；
3）完成系统硬件电路设计；
4）完成系统程序设计；
5）完成毕业论文。
一、选题简介、意义
跑步机目前在人们的生产生活中得到了广泛的应用，是家庭以及健身房常备的器材，而且是当今家庭中最简单的一种，是家庭健身器材中的最佳选择，跑步机结构简单，与实际陆地运动相比较有相当多的优点，节省空间，在运动过程中，与实际陆地运动相比较，可减轻疲劳感并增加能量消耗，达到更好的运动效果。对于跑步机，使他拥有更加方便快捷的操作达到所有人都可以更方便使用一定会更加受人们青睐。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
1、本次课题的研究的是：《基于单片机的多功能跑步机》；
2、主要研究的内容有以下几点：
a、跑步机控制系统应具有启动/停止、跑步快慢选择、跑步模式选择、系统状态显示等功能；
b、针对不同对象及人群的需要，系统应具有多种跑步模式；
c、在按下启动/停止键，系统启动后，进入慢跑模式，之后可以人为的改变，按下恢复按钮，则可以重新输入运动员想要完成的运动。
3、需要的解决的主要问题是：
阅读相关单片机的手册，学习想关于单片机的知识；
4、本次课题的预期目标就是实现任务书上所有的功能；
5、本次课题主要有以下几个步骤：
a、根据课题要求选择单片机，阅读该单片机的手册；
b、了解该单片机后对本次课程设计所需进行系统的构想，准备好需要的材料；
c、编写程序；
d、用仿真软件验证程序的正确与否。
参考文献
(1).单正娅 芮长颖.单片机应用技术.（C语言版）.【M】. 西安电子科技大学出版社. 2015.2；
(2).李琳.基于STM32的智能跑步机控制系统设计. 【J】《电子测试》2013年 第1期. 66-70页；
(3) 王建.《MCS-51单片机原理与应用》教学改革探索【J】.致富时代（下半月）,2011,(1):173；
(4) 邹艳碧,李鹏,樊志平等.基于“单片机课程设计”努力提高学生实践能力及创新能力【J】.无线音乐•教育前沿,2011,(12):49-51；
（5） 国外健身器材的发展趋势【Z】.http：／／www．39．net／fitness／jfff／qjjf／1053．html；
（6）张友顺等.单片机应用系统设计与实现【M】.福建科学技术出版社，2005；
（7）张友顺等.单片机应用系统设计与实现【M】.福建科学技术出版社，2005
