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基于AVR单片机的智能跑步机控

制器设计

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基于AVR单片机的智能跑步机控制器设计

1引言

电动跑步机是目前健身器材中的主流产品，它是通过电机带动跑步带

使人以不同的速度被动地跑或走，在人体用力方面，比在地面上跑、

走省去了一个蹬伸动作，可使人比在地面运动消耗更多能量。但由于

其功能比较单一，缺乏娱乐性和交互性，长时间锻炼会使人感到枯燥

乏味。在全社会崇尚健身就是生活质量的今天,传统电动跑步机这种

单调重复运动已难以满足人们对健身品质的要求，而具有虚拟现实功

能的智能跑步机，以计算机虚拟的模拟环境代替现实世界的真实环

境，给人身临其境的沉浸感,增加了健身的乐趣,已成为目前的研究热

点.本文将传统电动跑步机与虚拟现实技术相结合，研究并设计了具

备传统电动跑步机各种健身模式且具有虚拟场景漫游功能的智能电

动跑步机控制系统.系统通过上下位机的串行通信进行各种参数的实

时传递,TFT液晶显示器显示友好的操作界面以及实时变化的运动和

体能参数，采用触摸屏与薄膜按键结合的操作方式增加操作的灵活

性，是虚拟现实、人机交互在健身器材方面应用的一个典型例子。

采用ATMEL公司的ATmega128作为跑步机的主控芯片，它具有先进的

RISC架构，内部集成较大容量存储器，有丰富的管脚资源，驱动能

力强,具有在系统编程功能,给控制系统的设计及程序的升级和维护

提供了极大方便。

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2跑步机控制系统的结构及功能

2。1系统结构

控制系统由上位机和下位机两大部分组成。上位机采用普通计算机，

主要负责触摸屏控制、操作界面显示、多媒体播放和虚拟场景漫游.

下位机以ATmega128为核心控制器,配合相应的外围电路，通过采集

键盘输入、电机反馈、接收上位机信息等对跑步机进行直接控制。上

下位机通过串行通信总线RS232进行通信。跑步机控制系统总体设

计框图如图1所示，虚线框内是下位机控制器设计。

图1跑步机控制系统框图

2。2系统功能

下位机控制器通过变频器控制电机,增大了速度调节范围并且实现无

级变速，速度调节范围为1。0～20。0km/h，坡度调节范围为-5％～

15%。配有心率信号接收器，可以通过佩戴胸带或者手握跑步机两侧

的手柄测试心率。有多种健身方式可供选择，包括普通健身、程序健

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身、模式健身、虚拟健身，并且具备多媒体播放功能。液晶显示器

显示各种功能按键以及数字键盘，并配有功能提示，用户可以在触摸

屏上操作，也可以直接操作跑步机面板上的薄膜按键。各种运动参

数在液晶屏上实时显示.在虚拟现实健身模式下，跑步机运转速度驱

动虚拟场景的变换和信息的更新,场景路面坡度变化控制跑步机升

降，实现跑步台与虚拟场景路面状况同步。系统配有紧急停止开关,

跑步机可迅速停止运转已确保安全。

3跑步机控制器硬件设计

3。1控制芯片

控制芯片采用ATMEL公司ATmega128单片机，它是基于AVR内核的低

功耗CMOS8位单片机，单时钟周期指令,可达到接近1MIPS/MHz的性

能，具有128KB在系统编程/应用程序（ISP/IAP）Flash程序存储器、

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4KBEPROM、4KBSRAM、32个统一工作寄存器、53个通用I/O口、4

个带有比较模式灵活的定时器/计数器、2个可编程的USART接口、

可编程带内部振荡器的看门狗定时器等.利用它在系统编程功能可以

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方便的进行程序的修改调试,参数可保存在内置E