1、主控端

   采用以STM32F103CBT6组成的硬件系统，STM32的MCU在IOT（Internet of Thing 物联网）领域占据了大半江山，是基于它的性能较好，使用ARM的内核使得开发更加标准化。下图5是主控MCU及外围电路。

图5 主控MCU及外围电路

   在本硬件系统中，除了必要的外围电路外还考虑到了USART接口，除了进行debug还有作为无线的通讯接口。

2、无线通讯模块

   本项目采用乐鑫的ESP8266模块。专为移动设备、可穿戴电子产品和物联网应用而设计，通过多项专有威廉希尔官方网站 实现了超低功耗的ESP8266是不二的选择。

3、传感器模块

   本项目使用的位置传感器是由IDT公司提供的ZMID520X家族的位置传感器开发模块。里面包括线性模块（ZMID520xMLIN01201），弧度旋转模块（ZMID520xMARC13001），360度旋转模块（ZMID520xMROT36001），三个传感器如图6。

   线性模块（ZMID520xMLIN01201）：本模块为指示线性距离（Liner）的传感器模块，最大可以测量距离为12mm。

   弧度旋转模块（ZMID520xMARC13001）：本模块为指示弧度旋转（Arc）的传感器模块，最大可以测量角度为130度。

        360度旋转模块（ZMID520xMROT36001）：本模块为指示任意旋转（Rotary）的传感器模块。

   模块的线圈已经经过ZMID520x Inductive Coil Design Tool Software设计好的，可以最大程度发挥传感器的特性。

图6 三种传感器套件（从上到下为360度旋转模块、线性模块、弧度旋转模块）

   本次制作示例性的使用到了弧度旋转模块来制作健身器材——蝴蝶机。

4、特殊电路

   因为这次项目的传感器模块由IDT公司提供，工作电压为4.5V-5.5V，数据输出接口为模拟信号输出，传感器IC的DAC参考电压为它的工作电压。而主控端是STM32单片机，没有将ADC的参考电压拉出来作可选接口，只能使用3.3V的ADC参考电压。因此只能将传感器模块输出的模拟信号进行1/2分压（使用两个470Ω电阻串联）。原理如下图7。

图7 修正分压电路

5、健身器材结构模型

   本项目的健身器材模型是练习胸肌的蝴蝶机，如下图8，制作出的主要模型是两个力臂（下图红色框中）。

图8 蝴蝶机原型（图片来源于网络，如有侵权请联系删除）

   制作模型的材料主要是有机物材料（化学式为(C6H10O5)n）、BOPP（(C3H6)n）、高弹性聚合物材料（(C5H8)n）。模型图如下图9。

图9 模型实物图

1、基于STM32固件库

        STM32固件库是将会使用到的MCU内部资源以及外设写成库函数，以操作函数的形式而不是操作寄存器，减少了很多重复工作，加快了开发者的开发速度。主要使用以下模块：

        (1)ADC模块：传感器模组输出的信息数据为模拟信号，所以需要使用ADC去采集分析。

        (2)USART模块：项目中使用到ESP8266来上传运动数据，所以需要UART去与ESP8266通讯。同时调试也需要使用UART接口去了解传感器的数据。

   还有GPIO模块、flash模块、timer模块等等辅助模块就不详细介绍了。

2、使用μC/OS II操作系统

   μC/OS II(Micro-Controller Operating System Two)是一个可以基于ROM运行的、可裁剪的、抢占式、实时多任务内核，具有高度可移植性实时操作系统(RTOS)。

   本项目使用了操作系统，是因为考虑到后期假如在一个健身器材上加入多个传感器，只需要加入任务即可，也方便对不同的传感器进行维护。

3、流程图（图10）

图10 软件实现流程图

4、夹胸运动的判断算法

   判断是否完成一个夹胸动作，使用了施密特触发器原理算法实现。即设定了两个大小不一样的阈值，要求每次运动要超越这两个范围才算一次夹胸。原理如下图11。

图11 夹胸判断算法

   原型外观：如图1（整体图）和图2（传感器关键设计）。

图1 项目设计模型整体图

图2传感器关键设计

   功能框图：如下图3。

图3 项目设计功能框图

   演示效果：如视频所示，OneNet数据如图4。

图4 OneNET端采集到的实验数据

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

室内健身器材运动强度统计系统.ppt

 如视频