1、主控端

   采用以STM32F103CBT6組成的硬件系統，STM32的MCU在IOT（Internet of Thing 物聯網）領域占據了大半江山，是基于它的性能較好，使用ARM的內核使得開發更加標準化。下圖5是主控MCU及外圍電路。

圖5 主控MCU及外圍電路

   在本硬件系統中，除了必要的外圍電路外還考慮到了USART接口，除了進行debug還有作為無線的通訊接口。

2、無線通訊模塊

   本項目采用樂鑫的ESP8266模塊。專為移動設備、可穿戴電子產品和物聯網應用而設計，通過多項專有技術實現了超低功耗的ESP8266是不二的選擇。

3、傳感器模塊

   本項目使用的位置傳感器是由IDT公司提供的ZMID520X家族的位置傳感器開發模塊。里面包括線性模塊（ZMID520xMLIN01201），弧度旋轉模塊（ZMID520xMARC13001），360度旋轉模塊（ZMID520xMROT36001），三個傳感器如圖6。

   線性模塊（ZMID520xMLIN01201）：本模塊為指示線性距離（Liner）的傳感器模塊，最大可以測量距離為12mm。

   弧度旋轉模塊（ZMID520xMARC13001）：本模塊為指示弧度旋轉（Arc）的傳感器模塊，最大可以測量角度為130度。

        360度旋轉模塊（ZMID520xMROT36001）：本模塊為指示任意旋轉（Rotary）的傳感器模塊。

   模塊的線圈已經經過ZMID520x Inductive Coil Design Tool Software設計好的，可以最大程度發揮傳感器的特性。

圖6 三種傳感器套件（從上到下為360度旋轉模塊、線性模塊、弧度旋轉模塊）

   本次制作示例性的使用到了弧度旋轉模塊來制作健身器材——蝴蝶機。

4、特殊電路

   因為這次項目的傳感器模塊由IDT公司提供，工作電壓為4.5V-5.5V，數據輸出接口為模擬信號輸出，傳感器IC的DAC參考電壓為它的工作電壓。而主控端是STM32單片機，沒有將ADC的參考電壓拉出來作可選接口，只能使用3.3V的ADC參考電壓。因此只能將傳感器模塊輸出的模擬信號進行1/2分壓（使用兩個470Ω電阻串聯）。原理如下圖7。

圖7 修正分壓電路

5、健身器材結構模型

   本項目的健身器材模型是練習胸肌的蝴蝶機，如下圖8，制作出的主要模型是兩個力臂（下圖紅色框中）。

圖8 蝴蝶機原型（圖片來源于網絡，如有侵權請聯系刪除）

   制作模型的材料主要是有機物材料（化學式為(C6H10O5)n）、BOPP（(C3H6)n）、高彈性聚合物材料（(C5H8)n）。模型圖如下圖9。

圖9 模型實物圖

1、基于STM32固件庫

        STM32固件庫是將會使用到的MCU內部資源以及外設寫成庫函數，以操作函數的形式而不是操作寄存器，減少了很多重復工作，加快了開發者的開發速度。主要使用以下模塊：

        (1)ADC模塊：傳感器模組輸出的信息數據為模擬信號，所以需要使用ADC去采集分析。

        (2)USART模塊：項目中使用到ESP8266來上傳運動數據，所以需要UART去與ESP8266通訊。同時調試也需要使用UART接口去了解傳感器的數據。

   還有GPIO模塊、flash模塊、timer模塊等等輔助模塊就不詳細介紹了。

2、使用μC/OS II操作系統

   μC/OS II(Micro-Controller Operating System Two)是一個可以基于ROM運行的、可裁剪的、搶占式、實時多任務內核，具有高度可移植性實時操作系統(RTOS)。

   本項目使用了操作系統，是因為考慮到后期假如在一個健身器材上加入多個傳感器，只需要加入任務即可，也方便對不同的傳感器進行維護。

3、流程圖（圖10）

圖10 軟件實現流程圖

4、夾胸運動的判斷算法

   判斷是否完成一個夾胸動作，使用了施密特觸發器原理算法實現。即設定了兩個大小不一樣的閾值，要求每次運動要超越這兩個范圍才算一次夾胸。原理如下圖11。

圖11 夾胸判斷算法

   原型外觀：如圖1（整體圖）和圖2（傳感器關鍵設計）。

圖1 項目設計模型整體圖

圖2傳感器關鍵設計

   功能框圖：如下圖3。

圖3 項目設計功能框圖

   演示效果：如視頻所示，OneNet數據如圖4。

圖4 OneNET端采集到的實驗數據

云端演示地址：https://open.iot.10086.cn/iotbox/appsquare/appview?openid=4c7cedbfcbd721d80698d1c62c97e879

室內健身器材運動強度統計系統.ppt

 如視頻