【硕士论文】基于嵌入式技术的健身娱乐控制系统研究与设计.pdf

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1、中国海洋大学硕士学位论文基于嵌入式技术的健身娱乐控制系统研究与设计姓名：刘蕾蕾申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：王树杰20070601基于嵌入式技术的健身娱乐控制系统研究与设计摘要当今社会，对健康的追求使得人们对有氧健身器材青睐有加。而有氧健身器材需要一个稳定的嵌入式控制系统，实现对电机的控制以及对运动参数显示控制等。单片机作为嵌入式系统中低成本、高可靠性的代表，普遍应用于家用或商用中、低档有氧健身器材中，技术比较成熟，缺点是由于单片机的资源限制，系统缺乏娱乐性、互动性和扩展性。健身器材行业的发展与嵌入式技术的应用密切相关，而嵌入式系统已发展到可编程片上系

2、统(SOPC)时代，这必然为其在健身器材领域的应用带来契机。本文研究的主要内容是基于嵌入式FPGA技术丌发新型有氧健身器材控制系统，利用FPGA在集成度和可编程逻辑等方面的优势，提高系统设计的灵活性和可扩展性。课题主要研究内容包括：针对目前有氧健身器材在娱乐互动方面功能的不足，提出了基于FPGA技术丌发具有多种娱乐功能的有氧继身器材控制系统的方案；分析了目前高端有氧健身器材的技术特点，将具有娱乐性的视频播放和具有互动性的虚拟现实功能应用到系统设计中；完成了整个系统的总体方案设计以及健身控制、视频播放和画面叠加等部分功能的实现。论文着重完成系统的软件控制程序和硬件电路部分设计

3、。在硬件电路设计上，以FPGA为核心，结合外围电路和专用芯片。建立系统的硬件体系结构。软件程序设计主要包括FPGA内部逻辑设计和NiosII控制程序设计两部分，采用QuartusII和NiosII丌发环境进行程序编写、编译和调试。系统以有氧健身器材作为控制对象，实现音频信号的处理，模拟视频信号的A／D转换，在视频信号上进行画面和字符叠加，视频信号D／A转换，VGA接口的LCD显示等功能。在健身功能实现方面，通过多路丌关量和脉冲量输入／输出、串行通信等对电机和变频器进行控制，采集运动参数进行计算与显示，从而构建起一套完整的有氧健身娱乐控制系统。在具体的工程应用背景下，本文研究

4、了基于FPGA技术的有氧健身娱乐控制系统丌发方法，创新性的实现了具有多媒体括放、画面叠加等功能的有氧健身娱乐控制系统，是健身器材领域进行技术创新的一个有益尝试，具有较高的实用价值。关键词：嵌入式系统；有氧健身器材：FPGA：视频转换；画面叠加ResearchanddesignofcontrolsystemforfitnessandentertainmentbasedonembeddedtechnologyAbstractPeopletakegreatinterestincardiofitnessequipmentsforhealthreasonsnowadays．Astea

5、dyembeddedcontrolsystemisnecessaryforflcardiofitnessequipmenttocontrolmotorsanddisplayparameters．MCU，whichistherepresentativeoflowcostandhighreliability，hasalwaysbeenwidelyusedascardiofitnessequipmentcontrolIC．HomeandbusinessusinglowormiddlelevelcardiofitnessequipmentsaredevelopedbyMCUfora

6、longperiod．Thetechnologyiswidelyusedbutitislackofrecreation，interactionandexpansibility．Thedevelopmentoffitnessequipmentsandtheapplicationofembeddedtechnologyhavecloserelationship．AndtheSOPCwillhavegreatapplicationsinthefitnessequipmentfield．Thethesisaimsatexploitingnewtypecardiofitnessequ

7、ipmentsbasedonFPGAwhichcarllightenthedifficultyoftheresearchandhei曲tentherecreation．Themainresearchworkofthethesiscontainsasfollows：Aimingatthelackofrecreationandinteractionofcardiofitnessequipments，theprojectofcardiofitnesscontrolsystemwithmultiplerecreationa