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基于Micro:bit可穿戴设备的设计及制作 ——俯卧撑标准监测仪

摘要：“俯卧撑标准监测仪”的灵感来源于平时生活中俯卧撑锻炼，但是我们在做俯卧撑时却常常不知道自己做的是否标准合格。为此，我们就想自己动手设计制造这款俯卧撑标准监测仪。它是由两块可以进行无线传输的micro:bit组成，一块用于记录数据并发送数据而另一块则用来接受数据并时时显示数据以方便使用者观察。

关键词：micro:bit;可穿戴设备

一、工作原理

Micro:bit板自带陀螺仪，可以利用这一特点监测物体的水平和垂直状态。通过测试发现，当micro:bit垂直于地面时，其值为1023（最大值），而倒立时其值为-1023（最小值）。查询资料后发现，标准的俯卧撑姿势，是腰间和地面几乎保持水平，如下图1所示。

图1俯卧撑标准做法

但是完全保持水平是比较难的，就设定腰间的micro:bit平行于地面记为0，通过计算可以得出每个角度但所代表的数字。例如当-18°<腰部弯曲角度≤18°，即腰部与地面的夹角在204时，则算为标准，接收端显示为“笑脸”提示；当18°＜腰部弯曲角度≤72°，即夹角在205至818时，则显示无表情，记为勉强合格；当72°＜腰部弯曲角度≤90°，数值在819至102时，则显示出哭脸，意为完全不合格。具体流程如下图2所示，使用结束后关闭单片机的电源即可。

图2 工作流程图

二、硬件装置

使用者在使用的时候，通过腹部与地面的夹角来判断俯卧撑的标准程度。并且在手臂上的micro:bit也会针对性显出不同的图案进行提示，即：笑脸，哭脸，无表情。为了将上述材料更好地整合,该装置还需要运用类似于护腕护腰等具有保护性质的物品将micro:bit固定在身体表面。

综上所述，制作本品所需要的材料和说明如表 1所示：

表 1 实验材料

名称	数量	说明
运动护腰	1个	保护腰部，固定发送端的micro:bit
运动护腕	1个	保护腕部，固定接收端的micro:bit
micro:bit	2个	（1）监测及发送数据（2）接受及显示数据
可移动充电设备，及USB	2个	为单片机提供电源，方便携带

三、代码编写

本次实验代码比较简单，我们使用micro:bit的编程网页,该编程环境基于Web服务，无需下载本地编程环境。具体如图3所示。

图3 接收端程序

图4发射端程序

接收端程序：首先设置“无线设置组”模块设为“1”，并用蓝牙接收模块接收由发射端发送过来的数值并将其命名为“receivedNumber”,随后用判断模块判断其值并将其归类，如果为“1”，则micro：bit显示笑脸；如果为“2”，micro：bit显示无表情；如果为“3”，

则显示哭脸。

发射端程序：同样的方式，首先设置无线设置组设为“1”，将Y轴加速度的值用变量item表示，并用绘图模块把最大值设为1023。接下来，将item的值进行分类。当item为±204时，把变量solve设为1；当item数值在205至818时，把变量solve设为2；当item数值在819至1023时，把变量solve设为3，并将变量solve发送给接收端。

四、运行效果

当使用者进行俯卧撑练习时，将两个micro：bit开机，并分别置于腕部与腰部，如图5所示。按照规范动作开始做俯卧撑，每隔一段时间观察micro：bit显示的内容。如果姿势标准，位于腕部显示的micro：bit会显示笑脸，反之，如果不标准则会显示无表情或哭脸。使用者可以根据所显示的内容来调节自己的姿势以及动作。需要提醒的是，由于所需电量较小建议使用5V电池来供电而不是充电宝供电。