SPMC65P2404A在电动跑步机中的应用

1 引言
　　目前，倡导健康已经成为人们越来越关注的焦点，而跑步机的出现就越来越受到人们的喜爱，人们可以不用出户就可以在家里或者健身房进行体育锻炼。这种方式越来越受到消费者的亲赖。跑步机的蓬勃发展可以归纳为以下几个方面的因素：
　　- 随着人们生活水平的提高；
　　- 人们越来越重视自身的身体健康；
　　- 更热衷于参加各种体育运动，其中借助跑步机进行的锻炼，其运动形式简单；
　　- 适合在家庭或健身房室内进行，锻炼起来特别方便。
　　国外电动跑步机制造业从上个世纪七十年代后期起步，与我国同类产品相比，除款式多样化及附加功能开发上比较占先外，其他差距较小。例如钢材，我国宝钢、鞍钢等生产的带钢的品质均达到或超过国际标准，其配套的钢管制作也达到国外标准，电机等电跑配件通过消化吸收，我们从材料到新款开发均在国际先进行列。因此，电动跑步机不同于飞机、汽车行业，与国外先进水平几乎没有多大差距。由此，国际著名电跑生产企业日益关注，已经开始让我国企业为其进行贴牌产品生产。
　　虽然发展势头不错，但是国产电跑在国内外市场上的境遇还是有差别。而国产电动跑步机在国际市场上竞争力不强的主要原因，则是缺乏名牌产品效应。而与国外企业相比起步较晚、一些小企业假冒伪劣产品生产对市场的冲击等原因，也削弱了国产电动跑步机的市场竞争力。
　　目前，国际著名品牌爱康、力健、必确、太空、赛百斯等纷纷涉足中国市场，有的斥巨资投资建厂，并以较高的品牌知名度向国内企业施压，在此情况下，尽快促进电动跑步机名牌产品的崛起，不失为政府对电动跑步机民族工业的一个有力推动，也是推动民族品牌和国产产品提高国际市场竞争力的一大捷径。在电动跑步机国际市场竞争白热化的情况下，国产产品能否取胜，与名牌战略能否及时有效推进关系密切。
2 跑步机的背景
　　1996年之前,电动跑步机都是国外产品，进入家庭的大都是由自行车厂改制的生产厂制造的机械跑步机,国人对价格几万乃至十几万元的进口电动跑步机望而生畏。
　　1993年以后，随着国际产业结构的调整，韩国企业向我国转移，首先是山东祥和集团公司利用该地区电机、控制电源生产的优势，于1994年组建了专厂，通过充实机加工能力，结合国内外信息，祥和集团于1995年生产出了全部为自制部件的家用电动跑步机，并于次年的南昌体博会上参展。被誉为第一个民族品牌的汇祥电动跑步机，当年产量达到七千台，销量达到五千台，开了生产国产电动跑步机的先河。通过不停的技术改造，到2004年达到了年产十万台的生产能力，同年销售跑步机4.8万台，产值9360万元，销售收入7200万元，同时完成了ISO9001及欧盟CE认证，并被评为山东名牌产品。
　　汇祥电动跑步机为扩大生产规模，合理利用生产资源，先后为一些国产企业贴牌生产，极大地提高了电动跑步机的国产占有率，也为众多企业提供了发展样品，带动了整个行业的蓬勃发展。
目前，生产电动跑步机的企业集中在长江三角洲、山东半岛及粤、闽沿海地区，总数约为50余家，其中具备规模的约为15家，而合资、独资企业约占50%。
　　随着国内恩格尔系数的不断降低，人们由衣食住行向提高生活质量发展，电动跑步机将是国人健身的优选器材，因为，从国外的经验看，在电动跑步机上进行平衡锻炼已经成为时尚。从国民经济分类看，体育消费属第三产业，近年增速连续超过10%，而且速度逐年加快。体育健身的消费拉动国民经济增长的份额必然会继续增加。这种健身消费涵盖较广，既有居民消费又有公共消费（如健身俱乐部等），它的消费增速超过20%，其中，电动跑步机超过40%，具有较强的发展势头。
　　跑步机是家庭及健身房常备的器材，是当今家庭健身器村中最简单的一种，是家庭的最佳选择。美国1993年跑步机的批发销售额达4.6亿美元较1992年增加了15%。专家们相信未来跑步机市场将以高价位产品为主导。低价位产品销售也不错，近几年价格已明上升趋势。注重生活时尚的消费者认为跑步机价格在1000美元以上是理所当然的事。这些迹象表明，未来跑步机仍会持续增长。
　　◆跑步机的分类
　　(1)电动跑步机。电动跑步机是健身房及家庭较高档的器材，它通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动。由于被动地形成跑和走，从动作外形上看， 几乎与普通在地面上跑或走一样，但从人体用力上看，在电动跑步机上跑、走比普通跑、走省去了一个蹬伸动作。正是这一点使每一个在电动步机上走跑的人感到十分轻松自如，可使人比普通跑步多跑1/3左右的路程，能量消耗也比普通走、跑为多。另外，由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，可体验不同的跑步环境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、变速跑等，您可根据您的锻炼目的进行选择。
　　(2)单功能跑步机。单功能跑步机从结构上分为两类，一类是滚轮式跑步机，一类是平板式跑步机。滚轮式跑步机工作时噪音很大，已被淘汰。平板式跑步机是由人主动在上面运动，所以使人感到与普通跑步一样。它的电子表可帮助训练者记录下时速、时间、心率、热量、节拍、距离等指标。使您随时了解自己的训练情况，进行有目的的调整。
　　(3)多功能跑步机。一台多功能跑步机是由跑步机、划船器、卧式健身车、放松机、腰旋器等功能器材组合而成，以功能多、占地少而受到一些人的喜爱。它的锻炼方法同普通跑步机一样，但从健身器所应具备的使用舒服、方便，技术动作准确合理上看，多功能跑步机有一定缺陷。
　　(4)新型跑步机。现在实力雄厚的诺迪克径赛器材公司又推出了一种Nordic Sport新型跑步机。与普通跑步机相比，此种跑步机具有如下特点：
　　1．消耗提高79%。该机在锻炼时可使人体每小时消耗热量852~1000卡；与普通跑步机相比效率可提高50%~79%，减肥效果极佳；
　　2．人体需氧量可提高53%。以此进行训练，可在最短时间内获得最大的有氧训练的效果，能够明显提高心血管机能水平、心肺输出量及氧化酶活性等。使练习者在达到同样锻炼效果的前提下，节省大量时间；
　　3．65%的肌肉得到锻炼。人体肌肉在臀部以上。普通跑步机往往忽视了对人体手部肌肉的锻炼，而这种带有手臂锻炼器的跑步机则弥补了此项不足，可使人获得全身的锻炼效果。并且此种带有手臂锻炼的设计在跑步机设计上已获得专利。手臂锻炼器使用时非常方便，只须两只手臂像抽水机一样上下往复摆便可以了。
3 跑步机市场分析
　　目前，生产电动跑步机的企业集中在长江三角洲、山东半岛及粤、闽沿海地区，总数约为50余家，其中具备规模的约为15家，而合资、独资企业约占50%。从电动跑步机的行业集中度看，眼下3家企业的发展势头比较突出，一是美国独资的"乔山"公司；二是台商合资的凯利斯（宁波）公司；三是山东祥和集团。这3家企业具备了研发、编程设计、电机、电源、控制器、机加工全部自我制作的能力，在业内很有影响力。
　　我国健身器材产业从20世纪70年代开始起步，当时只有为数不多的工厂生产杠铃、哑铃、拉力器等小型健身器材，产品的种类和数量都很少，行业整体规模小。在这个阶段，跑步机的概念尚未进入中国。从20世纪80年代末开始，全国各地出现了一大批健身器材生产企业，产品的种类和数量大大增加。我国自己生产的非电动跑步机开始出现。1986年，山西长治澳瑞特健身器械厂（山西长治澳瑞特健康产业（集团）有限公司的前身）开始生产非电动跑步机。20世纪90年代后期，随着人们生活水平的提高，大家对健身器材有了更高的要求，发达国家的电动跑步机开始大量进入我国。1997年，我国企业自己研发的电动跑步机也开始走向市场。
    据统计，我国现有171家企业具有生产跑步机的能力。在山东、广东、福建、江苏、浙江、北京及河北等地，已初步形成跑步机制造业生产基地。特别是近几年，国产跑步机每年都以超过25%的速度在增长。
　　根据世界体育用品联合会发布的数据显示，目前国际市场上65%以上的体育用品为"中国制造"，其中，健身器械约占40-50%。中国制造的比例不小，但以民族品牌独立出现的体育用品却凤毛麟角。国内500多家健身器材生产企业里，大部分以出口为主，赚取的是加工费和为国外企业贴牌生产费用。吴江地区跑步机出口企业也是贴牌生产，没有自己的品牌。在未来全球经济一体化的进程中，国产品牌走出国门已成为我国体育用品业健康持续发展的必由之路。
　　尽管产量上去了，但是国产跑步机的价格却和外国生产的跑步机差了好几个档次。其实，外国生产的跑步机除了在款式多样化及附加功能开发上具有比较优势之外，在技术和材料上并不比国产跑步机先进。应该说，国产跑步机从材料到新款开发，已经跟上了世界的脚步。中国文教体育用品协会也表示，国产跑步机在技术和材料等"硬件"上基本达到了国际水平。一个最直观的例子是，国际上一些著名的跑步机生产企业纷纷选择中国企业为其进行贴牌生产。因此，品牌的影响力才是国产跑步机与国外竞争对手最大的差距。
    根据中国文教体育用品协会的统计数据，尽管全国有100多家企业在生产跑步机，但是目前国产跑步机80%的市场已经为青岛英派斯集团有限公司、山西长治澳瑞特健康产业（集团）有限公司等七八家企业所瓜分。 因此，国产跑步机向品牌冲刺的第一步，就是要在行业内进行新一轮的资源整合，组建几个更有规模和竞争力的大企业，从而为品牌塑造打好基础。跑步机已列入今年中国名牌产品的评价目录，这必将加速行业内领军品牌的出现。
    随着2008年奥运会的临近，中国体育用品产业必将迎来一轮新的增长。如果能抓住这个难得的机遇，国产跑步机行业将大步跑向品牌时代。
4 总体方案介绍
利用凌阳8位工业级单片机SPMC65P2404A设计的电动跑步机控制器原理框图如图4-1所示，整个系统可以分为按键、显示、电机驱动和信号检测。

图4-1 跑步机系统框图
　　◆按键部分
　　按键部分完成一些参数的设定、开始/暂停、紧急停止按钮、对速度的调整功能
　　◆电机部分
　　主要是用全桥驱动有刷直流电机，并通过检测电机的霍尔信号来获得电机的一些参数，从而来更好的控制电机的转动，并且提供相应的限流和过载冲击保护。 
5 芯片特性简介
　　SPMC65P2404A是凌阳公司的8位工控单片机，最高工作频率为8MHz，工作电压3V~5.5V，有192字节的RAM和4K字节的OTP ROM，有23个可编程IO口，8通道10位A/D转换器，2通道8位定时/计数器，2通道16位定时/计数器，1个12位PWM输出口，有低电压、上电、看门狗、外部信号、错误地址复位，并且有一个蜂鸣器输出口……。利用这些资源，能够实现跑步机控制器的功能。
　　具体特性包括：
　　◆凌阳科技8位单片机；
　　☉182条指令
　　☉11种寻址模式
　　☉最高工作频率为8MHz
　　☉支持位操作（Set,Clear,Inverse,Test）
　　◆2个8位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)
　　☉普通的定时/计数器
　　☉具有8位捕获功能
　　☉具有8位比较功能
　　◆2个16位可编程定时器/计数器
　　☉普通的定时/计数器
　　☉具有8或16位捕获功能
　　☉具有16位比较功能
　　☉12位PWM输出
　　◆中断方式
　　☉支持IRQ和NMI中断
　　☉4种外部中断
　　☉11种内部中断
　　◆工作电压：2.5V~5V；
　　◆8通道10位模数转换（100KHz）
　　◆内置4K Byte的OTP ROM；
　　◆内置192K Byte的RAM；
　　◆23个可编程输入/输出口
　　◆5种复位功能
　　◆时钟选择：晶体振荡器、RC振荡、外部信号
　　◆电源模式：Halt模式和Stop模式 
　　◆低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；
　　◆一个蜂鸣器输出口
　　◆可进行SPI通信
　　◆内置在线仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口。
6 参考文献
[1] 凌阳8位通用单片机--SPMC65系列单片机原理及开发，凌阳公司，2005，6
[2] 高振东.基于单片机直流电机PWM系统的设计［J］.东南大学学报，1998，3
[3] 王志良.电力电子器件及其应用技术［M］.北京：国防工业出版社，1995