跑步机控制器方案说明
 
一、方案概述
 
本方案旨在开发一款具备平稳运行特性与物联网功能的跑步机，用户可通过配套APP查看当天及历史运动数据，实现运动数据的实时监测与分析，提升用户运动体验。
 
二、功能需求
 
（一）硬件功能
 
电机驱动：采用高性能直流无刷电机，提供稳定动力输出，保证跑步带运行平稳，速度调节范围为0.5 - 16km/h，加速度和减速度变化平滑，避免用户因速度突变而产生不适。
 
传感器模块：配备速度传感器，实时监测跑步带速度；压力传感器，检测用户体重及跑步时对跑步带的压力分布，用于分析运动强度和姿态；心率传感器，通过接触式或非接触式方式，测量用户运动时心率，保障运动安全。
 
控制主板：作为核心控制单元，接收传感器数据，根据用户设置的运动模式（如减脂模式、耐力模式等）和实时运动状态，精确控制电机转速、坡度调节等功能，并与物联网模块通信，实现数据上传与远程控制接收。
 
显示面板：具备LCD或OLED显示屏，直观显示当前速度、时间、距离、卡路里消耗、心率等运动数据，方便用户实时查看。同时，提供操作按键或触摸式交互界面，用于用户设置运动参数、切换运动模式等。
 
（二）物联网功能
 
无线通信模块：集成Wi-Fi或蓝牙模块，实现跑步机与家庭网络或用户手机的无线连接，将运动数据传输至云端服务器，并接收来自APP的控制指令。
 
数据传输与存储：在运动过程中，将实时运动数据（速度、心率、时间等）按照一定时间间隔（如每秒）打包上传至云端服务器存储。同时，本地存储一定时间段（如最近一周）的运动数据，以防网络故障时数据丢失。
 
（三）APP功能
 
数据展示：在APP主界面以图表形式清晰展示当天运动数据，包括运动轨迹（模拟跑步路径）、速度变化曲线、心率变化曲线、卡路里消耗随时间变化等。历史数据可按日、周、月、年等维度进行查询和展示，方便用户分析长期运动趋势。
 
运动计划制定：用户可在APP上根据自身目标（如减肥、增肌、提高耐力等）和身体状况，制定个性化运动计划，APP将根据计划生成每日运动提醒，并在跑步机上同步显示相关运动参数设置。
 
社交互动：支持用户之间的社交互动功能，如分享运动成果、互相鼓励点赞、组建运动小组等，增加用户运动积极性和社交乐趣。
 
三、技术方案
 
（一）硬件设计
 
电机驱动电路：选用专用的电机驱动芯片，结合功率晶体管，实现对直流无刷电机的高效驱动。通过PWM（脉冲宽度调制）技术精确控制电机转速，利用闭环反馈控制算法，根据速度传感器反馈信号实时调整PWM占空比，保证电机转速稳定。
 
传感器接口电路：速度传感器采用霍尔效应传感器，将跑步带速度转换为脉冲信号，通过计数器芯片输入到控制主板；压力传感器选用电阻应变片式传感器，经过信号调理电路（放大、滤波等）后，将模拟信号转换为数字信号输入控制主板；心率传感器根据具体类型（如光电容积式），通过相应的信号处理电路将心率信号转换为数字信号供控制主板读取。
 
控制主板设计：以高性能微控制器（STM32系列）为核心，扩展存储芯片（如Flash、SRAM）用于存储程序和临时数据，配备通信接口电路（Wi-Fi模块接口、蓝牙模块接口、UART接口等）实现与外部设备通信。
 
（二）软件设计
 
跑步机端软件：采用实时操作系统（FreeRTOS），实现多任务管理，包括电机控制任务、传感器数据采集任务、通信任务等。电机控制任务根据用户设置和传感器反馈，实时调整电机驱动信号；传感器数据采集任务定时读取传感器数据，并进行数据预处理和校验；通信任务负责与物联网模块进行数据交互，上传运动数据和接收控制指令。
 
云端服务器软件：基于云计算平台（阿里云、腾讯云）搭建，采用服务器端编程语言（Python的Flask框架）开发数据接收与存储接口，将跑步机上传的运动数据存储到数据库（MySQL、MongoDB）中。同时，提供API接口供APP访问，实现数据查询和运动计划同步等功能。
 
APP软件：采用跨平台开发框架（React Native、Flutter）进行开发，兼容iOS和Android系统。APP通过HTTP/HTTPS协议与云端服务器通信，获取运动数据并进行展示，用户操作指令通过APP发送至云端服务器，再由服务器转发至跑步机。