基于MSP430的自行车户外运动系统

1、2011州仪器 新设计大赛项目报告题 目： 基于 自行车户外运动系统 学校： 西安电子科技大学 组别： 专业组 应用类别： 仪器仪表类 平台： 题 目： 基于 自行车户外运动系统 摘 要本系统基于 要由 块，传感器模块、显示模块和充电模块组成。基本功能为测量温度湿度光照度等环境参数，位测速等。除此之外，系统自带实时钟，还具有路径记录功能，并且可以通过上位机，在绘制出记录的路径。下位机通过点阵 示，背光由 合光照度传感器可以做到自适应背光。系统用锂电池供电，带充电模块，整体小巧灵活，人机界面友好，可以用于单车、登山等户外运动上。we is of PS of is as be to is by It is a 引 言随着身边越来越多的人选择登山自行车等户外运动作为工作之余的休闲调整和健身，人们对户外运动衍生出来的相关设备需求越来越大，这将是一个广阔的市场。对于学生或者工薪阶层等初级爱好者来说，购买发烧友级的专业仪器和设备过于昂贵。在如此背景之下，本文设计了一个具有同等功能的低成本简易电子设备，系统设计灵活，可以根据需要删减相应模块。基本功能可以作为户外运动环境参数检测仪，带有 位、高度速度

2、测量和路径记录功能，非常适合初级户外运动爱好者。2. 系统方案 整个系统由若干模块构成，系统方案框图如图 示：M C E E P R O T T E R YO t h e r s e n s o r 统框图系统由 传感器模块、示模块、储模块、 块、通讯模块和锂电池充电模块构成。主要思路：硬件方面：控，处理各个传感器测量的信息； 时显示；储路径信息；通讯模块配合上位机使用，通过 串口，把记录的数据上传到 ；同时起到锂电池充电的作用。对外围模块的电源管理，采用跟 小系统分开供电的方法，这样就可以随时关闭暂时不用的传感器，以节省电能。定位手持式设备，电池供电，选用的器件都是低功耗器件。软件方面：考虑到作为人机交互的 显示的内容比较多，所以加入了按键模块，采用了层级菜单设计，一级菜单为模块菜单，二级菜单则是各个模块的内部菜单。由于选用的 69 资源丰富，系统留有硬件升级接口，可以外扩 其他模块。3. 电模块系统有两种供电方式：电和锂电池供电。平时使用锂电池供电，跟上位机通信的时候使用 电，同时 为是低功耗的设计，电源芯片的选择很重要，应选择静态电流尽量小功耗尽量低的芯片。本设计选用的是 有超低

3、的静态电流（在 10可以提供 50电流，用来给 小系统供电。示功能，把 脚连接到单片机中断引脚上，以此实现指示电源状态，系统电量不足提醒功能。是单路固定输出提供 150流，静态电流仅有 有使能引脚，用来给传感器模块供电，这样在待机的状态下，可以关闭 节省电能。选择两个稳压芯片是因为系统设计分开供电。最小系统和外围设备两部分分开供电，系统在待机的时候可以关闭某些不用的模块，使系统处于待机状态的时候耗电最小。电模块系统设计力求外围电路简单，方便紧凑。设计充电器具有自动充电，温度检测，三段式充电模式等功能，结合这些要求，选用 司的电池充电管理芯片。列是美国 司生产的先进锂电池充电管理芯片， 双节( 离子(和锂聚合物(池的充电需要，利用该芯片设计的充电器外围电路及其简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间，带有可选的电池温度监测，利用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定范围时 闭对电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流，充电状态识别可由输出的 示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗

4、睡眠等特性。设计参考芯片 官方方案。电路如图 统模块用的是韩国 司的 块，片，内置天线模块。灵敏度高，搜星速度快，模块有使能引脚，可以单独开关。 过串口通信，接收到的报文进行解码，并且通过 时显示。界面设计如图 示，实际效果见附录。G P S 信号 卫星数目 通讯信号记录数据 电池状态高度速度水平精度定位状态北京时间日期G P S 运行状态纬度经度记录模式上传状态图 面设计界面可实时显示 行状态、信号强度、经纬度、速度高度、日期时间等大量信息。通过按键操作，实现 运行/ 暂停，坐标数据的记录/删除，自动/手动记录的切换，上位机通信等功能。用 录坐标信息。一条信息包括日期时间和经纬度共 64 个字节，一共可以存储 512 条记录，按 1计算，可以不间断存储 8 小时。信息的记录既可以手动按键记录，也可以通过菜单切换成间隔时间为10s/30s/60s/90s 的自动记录。记录在 的数据通过串口传给上位机，上位机软件转换数据，也可直接输出 件，在 打开绘制路径。信模块：通信模块主要实现 C 之间的两两通信，三者通过串口通信，通过拨码开关来切换，具体硬件如图 示：图 信切换原理图拨码开关 12

5、 是 信；34 是 信；56 是 信，需要注意的是，同一时刻只能实现一组通信，即只能开启一组开关。实际效果如下：1. 信，上传记录的坐标数据。上位机主要实现对记录数据的转换，生成可以在 直接打开的 件。图 信2. 信，软件显示解码信息。图 信，示解码信息。图 感器及相关模块温湿度传感器选用的是 低功耗的数字温湿度传感器，数字信号输出，具有长期稳定性。接口定义如下图所示：图 管脚定义传感器性能：相对湿度分辨率 12 位，精度H ；温度分辨率 14位，精度 。正常工作时功耗仅为 2W。硬件设计典型连接图：图 硬件连接图光照度传感器选用的是 型入射波长为 p=520置双敏感元接收器，可见光范围内高度敏感，输出电流随照度呈线性变化。适合电视机、光、数码产品、仪器仪表、工业设备等诸多领域的节能控制、自动感光、自适应控制。所以在本设计中用它来控制 自动背光。硬件设计图如下所示：A D 9 6 5 8M S P 4 3 0P W D _ b a c k l i g h tv c 路设计在 R 一定时,出电压随光照强度增大，最大为2/3拉电阻 R 和电源 时决定光照度范围，R 与光照范围成反比，光照范围成正比。实际上 R 过小会引起器件功耗增大， 当选择 C 会提高输出稳定性。钟芯片选用的是 享 线。 司推出的一款工业级内含 线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片，功耗典型值为 计中，如果 信号，那么可以通过按键操作“校表”，即按照当前 准时钟设置 时使用显示的时间是 本地时间。示模块显示用的是 阵液晶屏，84*48 像素，背光可以手动开启和关闭，也可以选择自适应背光（通过 制，配合光照度传感器现），即外界光强，光弱，外部光弱， 光强。设置界面如下图：图 统背光设置界面4. 码块接收卫星信号，遵守 议标准，以 式输出，波特率 9600s，数据位 8 位，停止位 1 位，无奇偶校验。单片机通过串口接收，对接收到的数据以帧为单位，按照 议语句的数据格式如下：“$”为语句起始标志；“，”为域分隔符；“*”为校验和识别符，其后面的两位数为校验和，代表了“$”和“*”之间所有字符的按位异或值（不包括这两个字符）；“/”为终止符，所有的语句必须以回车换行来结束，也就是 符的“回车”（十六进制的 0D）和“换行”（十

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