HDU嵌入式实验课程大作业分析报告

作业要求

体能测试记录仪设计

基于课程发放的实验板，设计一个带有计时和数据采集功能的体能测试记录仪。

基本设计内容

功能1：对应1000米体测场景，使用充电宝供电，提供计时功能，按K5清零并开始计时，K6停止计时。计时过程使用数码管显示当前计时，K2显示分秒，K3显示秒、百分秒，计时结束后保持显示结果。

功能2∶计时完成后自动将测试时间(RTC时钟的年月日时分秒)和测试时长(分、秒、百分秒)记录到外置FLASH存储器。最多保存100次记录数据，并可由K1按键或串口发命令读取所有记录。

功能3：在计时状态，提供数据采集功能，使用MPU6050六轴传感器，采集测试者3轴加速度和3轴角速度，每隔50ms采集数据，包括时间、6轴数据，计时结束时自动存储采集数据。采集数据仅保存单次计时过程产生的数据，重新开始计时后覆盖上次数据。可使用K4按键或由串口发命令读取所有采集数据。

扩展设计内容

扩展功能1：使用C++、Java、C#、Matlab或Python等高级语言，编写记录仪上位机数据处理工具，能读取记录仪存储的所有信息。能根据记录的时间、6轴数据绘制数据曲线（6轴数据分6条曲线可单独显示或叠加显示）。

扩展功能2：提供蓝牙或WIFI模块，使用安卓手机连接记录仪，通过手机上设计的App应用，读取记录仪上的所有信息。并能在手机上显示当前计时时间、当前6轴数据，计时完成后，能绘制6轴数据曲线。

扩展功能3：对应不同的体测对象，根据其各自的记录数据进行综合计算，分析比较其体能强弱，需给出判断依据、算法原理和设计流程。

设计原理与思路

系统设计流程：

下位机采集到数据并将数据按照相应的协议、数据帧格式分别发送给上位机以及手机。
手机app显示波形和当前时间。
上位机显示波形和时间， 6轴数据分6条曲线可单独显示或叠加显示。
当所有数据接收完毕，上位机会将6轴数据以及时间以文本形式保存到电脑。再使用matlab对本文数据进行读取、分析，得到测试者体能情况。
系统框图：
在这里插入图片描述
下位机设计流程：
本作业主要使用到的模块有：MPU6050、外置flash、无线模块esp826、蓝牙HC05

再加上板子上的数码管、按键；这样就能构成我们使用RTOS所需要的task了，分为：数据采集任务、无线数据传输任务、蓝牙数据传输任务、时间显示任务、按键检测任务。

关于外置flash模块，由于写入速度较慢，所以并没有单独形成一个任务，而是在停止按键按下后，顺序执行数据存入flash操作。同时为了可视化写入进程，使用了led。在这里插入图片描述

下位机处理流程图：

扩展任务说明

扩展功能1 上位机开发环境：
在这里插入图片描述
扩展功能1 上位机开启tcp服务：

扩展功能1 上位机绘制曲线：

扩展功能1 文件写入功能：

拓展功能1 效果展示：（找不到有曲线绘图的图片了）

拓展功能2 APP介绍
手机APP端我们选择的是对”蓝牙调试器”做二次开发。
在这里插入图片描述

拓展功能2 APP设置：
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设置接收数据包格式，除了帧头帧尾以及校验位之外，我们这里需要传送12个byte类型数据，分别为年、月、日、时、分、秒、gx、gy、gz、ax、ay、az。注意这里的六轴数据在下位已经做好归一化处理了，归一化到-127~128的范围了。关于帧头帧尾校验位需要在下位机设置。

在这里插入图片描述

选择一个一维波形窗口，以及6个文本窗口。将数据帧的12个数据对应到各自的位置即可。

在这里插入图片描述

拓展功能3 原理：
首先对加速度计采集回来的数据进行处理，提取其中水平方向上的加速度变化，再通过离散傅里叶变化，获取三个三个方向上加速度的频域曲线，经过低通滤波，最后对频域进行积分处理，得到一个数值，即可代表体能大小，改数值越大则代表体能越好，因为说明测试者大部分时间在高频率地运动。
拓展功能4 代码展示：
在这里插入图片描述