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嵌入式系统开发与应用综
合实验
学 院 电子信息学院
专 业 电子信息工程
定稿日期： 2022 年 10 月 7 日
目录
一 题目名称......................................................................................................................................3
二 设计任务及主要技术指标和要求..............................................................................................3
三 项目组成员及成员分工..............................................................................................................3
四 设计背景......................................................................................................................................3
五 课题研究的目的和意义..............................................................................................................4
六 实验原理......................................................................................................................................4
七 硬件选择与设计..........................................................................................................................4
八 程序设计......................................................................................................................................4
九 实验成果测试方案与结果展示..................................................................................................4
十 创新点..........................................................................................................................................4
十一 收获和体会..............................................................................................................................4
十二 参考文献..................................................................................................................................4
附件（源程序）................................................................................................................................5
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正文
一 题目名称
基于 51 单片机的智能手环心率计步器体温显示设计
二 设计任务及主要技术指标和要求
设计任务： 做出基于 51 单片机的智能手环并显示步数温度和心率
设计要求：
① 通过重力加速度传感器 ADXL345 检测人的状态，计算出走路步数、走
路距离和平均速度。
② 通过光电心率传感器实时检测心率，通过温度传感器检测温度。
③ LM018L 实时显示步数、距离和平均速度、心率以及温度值。
三 项目组成员及成员分工
四 设计背景
随着社会的发展，人们的物质生活水平日渐提高，人们也越来越关注自己的
健康。计步器作为一种测量仪器，可以计算行走的步数和消耗的能量，所以人们
可以定量的制定运动方案来健身，并根据运行情况来分析人体的健康状况，因而
越发流行。手持式的电子计步器是适应市场需求的设计，使用起来简单方便。
计步器是一种颇受欢迎的日常锻炼进度监控器，可以激励人们挑战自己，增
强体质，帮助瘦身。早期设计利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的
计数器。晃动这些装置时，可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆锤左右
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摆动敲击挡块。电子计步器主要组成部分是振动传感器和电子计数器。步行的时
候人的重心会上下移动。以腰部的上下位移最为明显，所以记步器挂在腰带上最
为适宜。所谓的振动传感器其实就是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个
触点能出现通/断动作，由电子计数器完成了主要的记录与显示功能，其他的属
于热量消耗，路程换算均由电路完成。计步器中一般采用一种加速度计来感受外
界的震动。常用的加速度计原理如下：在一段塑料管中密封着一小块磁铁，管外
缠绕着线圈，当塑料管运动时，磁铁由于惯性在管中反向运动，切割线圈，由于
电磁感应，线圈中产生电流，人体运动时，上下起伏的加速度近似为正弦过程，
线圈的输出电流也是正弦波，测量正弦波的频率就可以得出运动的步数，再计算
的出距离。
心率（Heart Rate）是用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动
的次数，以第一声音为准。 心率，现代汉语将心率解释为“心脏跳动的频率”。
频率就是在单位时间内，某件事情发生的次数。两种解释合起来就是，心脏在一
定时间内跳动的次数，也就是在一定时间内，心脏跳动快慢的意思。
健康成人的心率为 60～100 次/分，大多数为 60～80 次/分，女性稍快；3 岁
以下的小儿常在 100 次/分以上；老年人偏慢。成人每分钟心率超过 100 次（一
般不超过 160 次/分）或婴幼儿超过 150 次/分者，称为窦性心动过速。常见于正
常人运动、兴奋、激动、吸烟、饮酒和喝浓茶后。也可见于发热、休克、贫血、
甲亢、心力衰竭及应用阿托品、肾上腺素、麻黄素等。如果心率在 160～220 次
/分，常称为阵发性心动过速。心率低于 60 次/分者（一般在 40 次/分以上），称
为窦性心动过缓。可见于长期从事重体力劳动和运动员；病理性的见于甲状腺机
能低下、颅内压增高、阻塞性黄疸、以及洋地黄、奎尼丁或心得安类药物过量或
中毒。如心率低于 40 次/分，应考虑有房室传导阻滞。
基于此，本设计选择研发一种将步数和心率连接一体的智能手环。
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五 课题研究的目的和意义
智能手环通过内置传感器完成对佩戴者心率和温度的测量，可以更好地检测
身体状态，在运动和平时的生活中提供了更详细的状态信息。此外，智能手环还
可以记录步数，可以对佩戴者的运动做出记录，方便对运动做出更好地规划。
六 实验原理
1. ADXL345:ADXL345是一种三轴加速度计，它可以测量物体在三个方向
上的加速度，它的工作原理基于微机电系统技术，利用微小的机械结构来测量加
速度。其工作原理分为三个步骤，首先，传感器会检测物体在三个方向上的加速
度。其次，传感器会将这些加速度转换成电信号，并通过数字信号处理器进行处
理。最后，处理器会将处理后的数据输出到外部设备。
2. 光电心率传感器：光电传感器是一种常用的心率测量设备，它通过测量
心脏跳动时血液流动的速度来计算心率。光电传感器的工作原理是利用光电效应，
将光线转化为电信号，从而测量心率。它通常由两个部分组成:发光二极管和光
敏二极管。发光极管会发出一束红外线，这束红外线会穿过皮肤照射到血液中。
当血液流动时，红外线会被血液吸收或反射，这样就会产生一个电信号。 光敏
二极管会接收这个电信号。光敏二极管就会接受这个电信号，并将其转化为数字
信号，从而计算心率。
3.DS18B20:DS18B20 的内部测温电路框图如图所示，图中低温度系数振荡器的振
荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高
温度系数振荡器随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器
2 的脉冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20 就对低温度系
数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高
温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置人减法
