哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）天 津 师 范 大 学本科毕业论文（设计）题目：基于单片机的红外跳绳仪设计与实现学 院：学生姓名：学 号：专 业：年 级：完成日期：指导教师：2摘要本课题设计了一种与手摆式跳绳不同的“红外模拟跳绳仪”，采用红外线的发射与接收来检测手的移动以及脚的跳动，代替了绳子的摆动，从而实现了模拟跳绳的功能。具体实现和研究的方法：本设计采用STC89C58RD+单片机作为处理器，用3MNK对射式红外传感器检测双脚的起跳，用反射式红外线传感器E18-d80nk-N检测手的不停移动，当跳绳者手在不停的移动以及脚不停的起跳时，通过检测红外传感器的输出电平的不断变化来统计计数，从而实现电子自动计数的功能。用LCD1602来显示计数跳绳的次数。 关键词：红外传感器；显示器；单片机Abstract His topic has designed a kind of different from hand tilting skip skip rope simulated infrared instrument, Infrared emission and receiving of used to detect movement of the hands and feet, instead of the rope swing, so as to realize the function simulation of the jump rope.Specific implementation and research methods: tSpecific implementation and research methods: STC89C58RD + MCU will be used as this designs processor, with 3 MNK correlation type infrared sensor take-off movement, with reflective infrared sensor E18 - d80nk - N testing hand moving, when the jumpers on mobile and feet kept coming up, by detecting infrared sensor output level changing to statistical count, Realized electronic automatic countings function . The number of using LCD1602 to display the count rope skippingKey Words: infrared sensor;LCD1602;Single chip microcomputer 目 录1 绪论41.1课题研究背景及意义41.2课题研究方法41.3 系统功能结构41.4 系统的可行性和创新性52系统控制核心62.1单片机STC89C58RD+62.2 反射式红外传感器E18-d80nk-N62.3对射式红外传感器3MNK72.4液晶显示屏LCD160282.4.1 LCD1602的结构82.4.2 LCD1602的基本参数及引脚功能82.4.3 LCD1602的指令说明及时序103整体电路介绍123.1 总的工作原理分析123.2硬件开发平台123.3原理图174 系统软件设计184.1软件开发环境184.2程序流程图215 结论22谢辞22参考文献221 绪论1.1课题研究背景及意义随着生活水平的提高，人们对健康也随之重视起来。跳绳是一种简单易行的健身项目。它的种类很多，有简单的，也有复杂的，但是在任何时间人们都可以学习并且运动起来。在气温较低的季节对所有年龄的人作为健身运动也是非常合适的。跳绳不仅有利于增强体质，而且促进人体代谢，改善神经中枢系统的协调能力。于此同时，跳绳还可以预防一些疾病。对于处在特殊时期的女性，跳绳还可以摆脱郁闷的心情，从而有利于女性健康。跳绳运动所引起的变化动作能够刺激大脑皮层。倘若持续跳绳10分钟的话，这就相当于慢跑半小时的效果，可以称作是是一种耗时少、耗能大的有氧锻炼。然而当人们采用传统的手摆式跳绳仪进行运动，需要找一个空间足够大的地方，否则就不利于绳子的摆动。而且进行运动时会产生一定的噪音，会影响到他人休息。因此本课题设计一种有创新性的“红外跳绳仪”。它与传统手摆式的跳绳相比先进之处在于，其采用红外线的发射与接收来检测手的移动以及脚的跳动，代替绳子的摆动，从而实现了模拟跳绳的功能。如果这个项目的设计是成功的，人们可以随时随地的进行跳绳运动，也减少噪音的产生。从而唤起人们对体育运动的兴趣，也促进城市跳绳运动的发展1.2课题研究方法本课题设计的红外跳绳装置是利用红外传感器的原理检测双手的摆动和双脚的起跳,从而取代传统的手动摆绳,红外传感器检测时若检测到对象,输出端口输出高电平,反之,输出低电平。因此，利用这一特性可以检测到脚的起跳和手的移动。当人站在对射式红外传感器（发送与接收端的中间时），对射式红外传感器的接收器检测到脚，使其输出信号为低电平，当起跳后，红外传感器将检测不到脚，输出高电平，当脚落地后，又输出低电平。于是，我们可以通过单片机检测到外部中断脚出现下降沿时，产生中断的方式来计数一次，起跳到落地，单片机将会产生一次中断。同理，检测手的反射式传感器也可以这样做。当单片机同时检测到两个外部中断（即人起跳，同时手有晃动动作，即可模拟一次跳绳的动作）计数跳绳一次，同时，单片机驱动LCD1602显示一次跳绳结果，并依次累计。1.3 系统功能结构本课题以传统的8位单片机为主控芯片，使用对射式红外传感器（收发分体）3MNK来检测脚起跳的动作，使用反射式（收发同体）传感器检测手的摆动，用LCD1602显示跳绳的个数。 实现的详细流程：当脚起跳时（中间没有物体阻挡），3MNK的接收器将接收到发射器发来的红外信号，从而接收器输出一个低电平给单片机，当脚落地时（中间有物体阻挡），会阻挡3MNK的发射器发出的红外信号，接收器将收不到发射器发出的红外信号，接收器输出的电平相反，此时单片机将得到高电平。当跳绳者完成一个起跳到落地的动作时，单片机通过外部中断脚检测到一次下降沿中断。当反射式红外传感器检测到有物体遮挡时，输出一个低电平，当没有物体遮挡时将输出一个高电平，当手在不停的摆动过程中,单片机的另外一个外部中断脚检测到一次下降沿中断,当单片机同时收到这两个中断，就计数跳绳一次，并通过控制LCD1602，将跳绳次数显示出来。本设计使用keil4的软件开发环境，采用C语言编程，使用串口的ISP下载方式来下载程序，利用Protel 作为绘图工具。1.4 系统的可行性和创新性单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功能强大等特点，因此被广泛应用于工业控制领域和一些其他的生活领域中。本文应用单片机51系列的芯片STC89C58RD+作为主控芯片，使用对射式红外传感器（收发分体）3MNK来检测脚起跳的动作，使用反射式（收发同体）传感器检测手的摆动，用LCD1602显示跳绳的个数。（1）从技术上分析本系统所需软、硬件设备要求都较低，使用的51单片机可采用汇编或C语言实现，考虑到代码量以及可移植性方面的要求，所以采用C语言编写。红外传感器接收，需要采用中断的方式来实现对电平变化的采集，需要用到单片机的中断脚，而两个红外传感器刚好对应单片机的两个外部中断，LCD1602的三个控制脚和8个数据脚全部连接单片机的IO脚，而单片机具有32个通用IO，完全可以满足要求；所以，用STC89C58RD+完全可以实现功能上的需求。（2）从经济上分析本系统使用的STC89C 58单片机具有价格低、性能高、功耗低的特点，只需简单的元器件便可实现所需功能，因此，从经济上考虑，此方案的性价比较高。 （3）从操作上分析本系统原理简单，因此操作起来也很方便，只需要两个红外传感器都检测到物体，就计数一次，并将结果在LCD1602上显示出来，操作方便，效果很直观。综上所述，单片机号码自动呼叫系统在技术上、经济上、管理上都是可行的。本次设计的是一种新型的跳绳仪，用无触点的红外传感仪检测人的起跳，并在液晶显示器上显示已跳的个数。本次设计的创新性在于用红外传感仪取代了传统的绳子，这样在跳绳的过程中再也不用担心有绳子打到身体上的痛苦情况。红外传感仪比传统的绳子更环保、寿命更长、性价比更高。有了这种跳绳仪，人们跳绳更方便了。2系统控制核心 2.1单片机STC89C58RD+ 图1单片机STC89C58RD+芯片视图STC89C58RD+的引脚如图1所示，它是新一代的单片机，几乎完全与传统的8051指令代码兼容，有两种类型的机器周期可供选择。1、工作电压在5.5V-3.3V 2、工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的0-80MHz，实际上限值48MHz 1、 用户应用程序空间32K，数据存储空间为1280字节，内部EEPROM为29K2、 32个通用IO口，P0口是开漏输出，扩展时 ，没有上拉电阻；作为普通IO口使用时，务必外添上拉电阻器3、 ISP/IAP，没有使用特别的编程和仿真,几秒钟可以通过串口来实现直接下载用户程序4、 具有内部看门狗5、 有两个16位定时器/计数器,也可以作为两个8位定时器6、 具有两个外部中断7、 具有通用异步串口（UART），还可以用定时器软件实现多个UART8、 工作温度：4080摄氏度（工业）/ 0-75度（商业）9、 封装：PDIP-402.2 反射式红外传感器E18-d80nk-NE18-D80NK-N这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出。有效的避免了可见光的干扰。伴随透镜的使用使传感器的探测的最远间隔可达80厘米(由因为红外特征，物体颜色若不一，则可探测的最远距离有差别；物体的颜色越浅，所测的最大间距最远，反之，则最近）。通过调节尾部的电位器旋钮来检测检测障碍物的间隔。该传感器具备探测间隔远、几乎不受可见光的干涉、价格便宜、易于组装、使用方便等特性，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件和许多其他场合。电气特性：红色：VCC；黑色：GND；黄色：OUT。U:5VDCI:100mASn:3-80CM直径:17MM传感器长度:45MM引线长度:42.3对射式红外传感器3MNK3MNK是一种对射式光电传感器，其物体不局限于金属，该传感器探测距离远，范围为10CM-3M，由于该传感器不是精密产品，所以其测量有误差。技术参数：1、 电压：5VDC2、 电流：10mA3、 测量范围：10CM-3M4、 NPN常开5、 尺寸：32*25*14MM6、 引线长度：45CM7、 种类：对射式8、 材料：聚合物9、 材料物理性质：电感式10、 制作工艺：集成11、 输出信号：开关型2.4液晶显示屏LCD16022.4.1 LCD1602的结构由于LCD1602内部有字符发生存储器（CGROM),方便读者进行简易的液晶显示器的设计与应用，所以