作業要求

體能測試記錄儀設計

基于課程發放的實驗板，設計一個帶有計時和數據采集功能的體能測試記錄儀。

基本設計內容

功能1：對應1000米體測場景，使用充電寶供電，提供計時功能，按K5清零并開始計時，K6停止計時。計時過程使用數碼管顯示當前計時，K2顯示分秒，K3顯示秒、百分秒，計時結束后保持顯示結果。

功能2∶計時完成后自動將測試時間(RTC時鐘的年月日時分秒)和測試時長(分、秒、百分秒)記錄到外置FLASH存儲器。最多保存100次記錄數據，并可由K1按鍵或串口發命令讀取所有記錄。

功能3：在計時狀態，提供數據采集功能，使用MPU6050六軸傳感器，采集測試者3軸加速度和3軸角速度，每隔50ms采集數據，包括時間、6軸數據，計時結束時自動存儲采集數據。采集數據僅保存單次計時過程產生的數據，重新開始計時后覆蓋上次數據。可使用K4按鍵或由串口發命令讀取所有采集數據。

擴展設計內容

擴展功能1：使用C++、Java、C#、Matlab或Python等高級語言，編寫記錄儀上位機數據處理工具，能讀取記錄儀存儲的所有信息。能根據記錄的時間、6軸數據繪制數據曲線（6軸數據分6條曲線可單獨顯示或疊加顯示）。

擴展功能2：提供藍牙或WIFI模塊，使用安卓手機連接記錄儀，通過手機上設計的App應用，讀取記錄儀上的所有信息。并能在手機上顯示當前計時時間、當前6軸數據，計時完成后，能繪制6軸數據曲線。

擴展功能3：對應不同的體測對象，根據其各自的記錄數據進行綜合計算，分析比較其體能強弱，需給出判斷依據、算法原理和設計流程。

設計原理與思路

系統設計流程：

下位機采集到數據并將數據按照相應的協議、數據幀格式分別發送給上位機以及手機。
手機app顯示波形和當前時間。
上位機顯示波形和時間， 6軸數據分6條曲線可單獨顯示或疊加顯示。
當所有數據接收完畢，上位機會將6軸數據以及時間以文本形式保存到電腦。再使用matlab對本文數據進行讀取、分析，得到測試者體能情況。
系統框圖：

下位機設計流程：
本作業主要使用到的模塊有：MPU6050、外置flash、無線模塊esp826、藍牙HC05

再加上板子上的數碼管、按鍵；這樣就能構成我們使用RTOS所需要的task了，分為：數據采集任務、無線數據傳輸任務、藍牙數據傳輸任務、時間顯示任務、按鍵檢測任務。

關于外置flash模塊，由于寫入速度較慢，所以并沒有單獨形成一個任務，而是在停止按鍵按下后，順序執行數據存入flash操作。同時為了可視化寫入進程，使用了led。

下位機處理流程圖：

擴展任務說明

擴展功能1 上位機開發環境：

擴展功能1 上位機開啟tcp服務：

擴展功能1 上位機繪制曲線：

擴展功能1 文件寫入功能：

拓展功能1 效果展示：（找不到有曲線繪圖的圖片了）

拓展功能2 APP介紹
手機APP端我們選擇的是對”藍牙調試器”做二次開發。

拓展功能2 APP設置：

設置接收數據包格式，除了幀頭幀尾以及校驗位之外，我們這里需要傳送12個byte類型數據，分別為年、月、日、時、分、秒、gx、gy、gz、ax、ay、az。注意這里的六軸數據在下位已經做好歸一化處理了，歸一化到-127~128的范圍了。關于幀頭幀尾校驗位需要在下位機設置。

選擇一個一維波形窗口，以及6個文本窗口。將數據幀的12個數據對應到各自的位置即可。

拓展功能3 原理：
首先對加速度計采集回來的數據進行處理，提取其中水平方向上的加速度變化，再通過離散傅里葉變化，獲取三個三個方向上加速度的頻域曲線，經過低通濾波，最后對頻域進行積分處理，得到一個數值，即可代表體能大小，改數值越大則代表體能越好，因為說明測試者大部分時間在高頻率地運動。
拓展功能4 代碼展示：

拓展功能3 效果展示：

課程感受

對團隊合作想法：分工合作、各自完成分配好的任務能夠節省不少時間。在對不同版本的工程進行更新時，也更容易發現隊友出現的問題；

對嵌入式課程的看法：平時作業量較大，能學到很多單片機知識；

友情鏈接

Zcc的博客
杭電嵌入式課程設計——上位機(ZCC)
[強哥博客](www.kensporger. com)

工程鏈接

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