电动跑步机电控系统的研制

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1、山东大学硕士学位论文摘要近年来，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们对自身的健康也日益关注，健身成为一种流行时尚，健身器材行业也逐步兴起为一个大的消费领域，电动跑步机作为一种重要的健身器材得到了越来越广泛的应用，具有广阔的市场前景。研发具有多功能和高附加值的人性化科学化的电动跑步机具有重要的现实意义。电动跑步机的电控系统是整个跑步机运转的核心，它需要具有用户接口界面功能、电机调速功能和其他附加功能。本论文以电动跑步机电控系统为研究对象，以实用、舒适、高性价比、高可靠性和高安全性为目标，以微控制器ATmega32为控制核心

2、，完成了有刷直流电动机调速系统硬件设计、电动跑步机手握式电子心率计软硬件设计和电控系统总体软件开发等任务。从理论分析到软硬件实现，全面详细的阐述了电动跑步机电控系统的设计全过程。首先，文章叙述了永磁有刷直流电动机的基本结构和工作原理，对其调速原理和调速方法进行了理论分析，建立了电压负反馈电流补偿控制的有刷直流电机调速系统的数学模型，并创新性的提出在电动跑步机中使用“突加负载速度缓冲”的方法实现人体运动缓冲，增加跑步机跑感舒适度，避免运动损伤。并依据此基本控制策略，对电动跑步机有刷直流电动机的调速系统进行了硬件实现。其次，文章介绍

3、了电动跑步机附加的电子心率计的软硬件开发。心率是人体健康状况的一个重要反馈信号，合理控制健身过程中的心率，是科学健身的重要内容。心率测量系统作为提高健身器材附加值的重要组成部分，逐渐成为电动跑步机选购的一个重要参考。本论文对电动跑步机附带的手握式电子心率计的测量原理和具体设计实现进行了详细介绍。心率计通过电动跑步机手柄上的金属电极获取人体手掌上的心电信号，再经过放大滤波等信号调理后，提取R波并整形输出方波信号，然后使用单片机测量出方波周期，经数字滤波和计算后，最终得出心率值。心率计在硬件设计上，着重放大R波能量集中且受干扰小的1

4、0"--'30Hz心电信号成分；软件设计上，使用条件筛选、中值滤波、限幅滤波和滑动平均滤波等算法大大提高了测量精度。再次，在整个系统硬件设计的基础上，应用ATmega32专用汇编语言进行了山东大学硕士学位论文软件程序的编写。系统程序设计采用软件查询与中断相结合的控制方式，即主程序循环加中断服务子程序的形式。主程序主要实现系统初始化、各状态标志位的轮询、事件处理、数据计算、键值处理、显示缓冲区刷新等功能，并在心率计设计的基础上，实现了心率控制速度功能。中断服务子程序的主要功能是完成数据采集，键盘扫描、动态显示刷新、过载检测等对实时

5、性要求比较高的事件任务，包括定时器TO溢出中断服务子程序和定时器T2溢出中断服务子程序。最后，对实际设计的电动跑步机电控系统在理论分析的基础上进行了调试和实验。实验结果证明所设计的电控系统达到功能和性能指标要求，并具有很高的安全性和可靠性。关键词：电动跑步机；调速系统；速度缓冲；心率计；心率控制Ⅱ山东大学硕士学位论文ABSTRACTRecentyears，withthesocioeconomicdevelopmentandtheimprovementofpeople’Slivingstandard，peopleareincrea

6、singlyconcemedaboutthehealthofthemselves．Fitnessbecomesanewlyfashion，andfitnessequipmentindustryhasalsograduallyemergedamajorconsumermarket．Electrictreadmillasanimportantfitnessequipmenthasbeenincreasinglybroadapplication，andhasagreatmarketprospects．Developmentofamul

7、ti-functionalandhighvalue—addedelectrictreadmillisofgreatrealisticsignificance．Treadmillcontrolsystemisthecoreoftreadmillrunning．Itneedstohavethefunctionoftheuserinterface，speedcontrolofmotorandSOon．Thepaperstudiesforthetreadmillcontrolsysteminthegoalofpracticalvalue

8、，highcomfort，highcost．effectiveandhighreliability．ThedesignedtasksarethehardwaredesignofspeedcontrolsystemofbrushDCmotor,thedesigno