數(shù)字身高體重測量儀畢業(yè)設(shè)計

1、 學(xué)科分類號 0805 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計題目（中文）： 體重及超聲波遠距測高儀-體重檢測 （英文）：Weight and ultrasonic distance altimeter -weight detection 姓 名 學(xué) 號 院 （系） 工程與設(shè)計學(xué)院 專業(yè)、年級 指導(dǎo)教師 陳兆仁 二一四年 五月 湖南師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除設(shè)計中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本設(shè)計的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明

2、確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 本科畢業(yè)設(shè)計作者簽名： 二一四年 五 月 二十 日湖南師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計題目 體重及超聲波遠距測高儀-體重檢測 作 者 姓 名 所屬院、專業(yè)、 年級 指導(dǎo)教師姓名、職稱 陳兆仁 高工預(yù)計字數(shù) 7000開題日期選題的目的和意義:在人類文明的歷次產(chǎn)業(yè)革命中，傳感技術(shù)一直扮演著先行官的重要角色，它是貫穿各個技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，在人們可以想象的所有領(lǐng)域中，它幾乎無所不在。傳感器是世界各國發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一，在各國有關(guān)研究、生產(chǎn)、應(yīng)用部門的共同努力下，傳感器技術(shù)得到了 飛速的發(fā)展和進步。但限于目前的技術(shù)水平，人們可以具體利用的

3、傳感器技術(shù)還十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，而體重及超聲波遠距測高儀就使用了傳感器技術(shù)。隨著人們生活水平的提高，超聲波身高體重測量儀在快速體檢領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，隨著智能化，現(xiàn)代化，機器人技術(shù)的發(fā)展，超聲波身高體重測量儀在人體成長分析，人體發(fā)育，身體素質(zhì)方面的綜合測評中起到很大的作用。隨著環(huán)境的惡化，人們生活壓力的增大，人們的健康狀況不斷惡化，每個人都更加注重自身的身體狀況，根據(jù)市場的要求，各地的體檢中心如雨后春筍般發(fā)展壯大，對高質(zhì)量，快速體檢要求越來越高。本選題所設(shè)計的超聲波身高體重測量儀在測量時不僅可以測量身高體重，同時還可以進行體溫測量和指紋識別，它能全自動

4、測量人的身高體重，并且根據(jù)你的營養(yǎng)狀態(tài)，及在你現(xiàn)在的身高體重下，您的正常體重范圍，使你對自己的生長狀況一目了然，更好更合理的搭配自己的飲食，健康的成長。展望未來，體重及超聲波遠距測高儀會有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，未來的體重及超聲波測高儀將與自動化、智能化接軌，形成具有多種功能的儀器。隨著技術(shù)的進步，體重及超聲波遠距測高儀將在未來發(fā)揮更大的作用。主要研究內(nèi)容： 超聲波測身高的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實用的測身高方法有兩種，一種是在被測身高離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接

5、收的反射波方式，適用于測身高儀。此次設(shè)計采用反射波方式。其次便是利用壓力傳感器對人體體重的測量以及在顯示屏上進行顯示。 應(yīng)達到的技術(shù)指標或要求：超聲波測高精度±1cm，測量范圍2cm-4m稱重精度1kg，測量范圍1kg-200kg要求測量準確，能同時在顯示屏上顯示出來。主要設(shè)計方法或技術(shù)路線：1.利用超聲波測高前先用超聲波測出發(fā)射頭與地面的高度H1并存入單片機，然后將被測物體移入測量區(qū)內(nèi)測得上表面距離H2，用單片機算出兩者之差就是被測物體的實際高度。2.可以通過把超聲波測高與稱體重集中于一體來測量人體身高與體重，再根據(jù)得出的數(shù)據(jù)自動計算出肥胖指標。3.體重測量則是將壓力信號轉(zhuǎn)化成為電

6、信號后通過放大電路與轉(zhuǎn)換電路將被測量物體的體重顯示出來。 完成本課題應(yīng)具備的環(huán)境（軟件、硬件）： 軟件：Keil uVision4硬件：51單片機開發(fā)板、STC89C52RC芯片各階段任務(wù)安排：2014年1月 完成開題報告與準備工作，確立設(shè)計方案2014年2月 程序編寫完成軟件設(shè)計與相應(yīng)的硬件設(shè)計2014年3月 進行系統(tǒng)調(diào)試與進一步的完善系統(tǒng)2014年4月 整理畢業(yè)設(shè)計的相關(guān)資料，完成畢業(yè)論文2014年5月 畢業(yè)設(shè)計答辯主要參考資料：1.傳感器與檢測技術(shù) 宋文緒 高等教育出版社 20042.傳感器原理與應(yīng)用課程設(shè)計指南 何金田 張斌 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 20093.傳感器設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計與畢

7、業(yè)設(shè)計指南 單成祥 ，牛彥文，張春 國防工業(yè)出版社 20074.紅外溫度傳感器的設(shè)計與實現(xiàn) 陳遠金，程永進，吳雄偉 紅外期刊 20065. 超聲波高度測量器的設(shè)計 樓然苗 微計算機信息期刊 20066.智能壓力傳感器的設(shè)計 李國玉 河北工業(yè)大學(xué) 20047.知網(wǎng)指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名:開 題 報 告 會 紀 要時間 地點與會人員姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）會議記錄摘要： 會議主持人簽名：記錄人簽名：年 月 日指導(dǎo)小組意見負責人簽名： 年 月 日學(xué) 院 意 見負責人簽名： 年 月 日 湖 南 師 范 大 學(xué) 工程與設(shè)計 學(xué)院指導(dǎo)教師指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計情況登記表論文（設(shè)計

8、）題目 體重及超聲波遠距測高儀-體重檢測學(xué)生姓名所屬專業(yè)、年級指導(dǎo)教師姓名陳兆仁職 稱高工學(xué) 歷學(xué)士指導(dǎo)時間指導(dǎo)地點指 導(dǎo) 內(nèi) 容學(xué)生簽名備 注湖南師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計評審表畢業(yè)設(shè)計題 目 體重及超聲波遠距測高儀-體重檢測作者姓名所屬院、專業(yè)、年級指導(dǎo)教師姓名、職稱陳兆仁 高工字 數(shù)10000定稿日期2014.5.1中文摘要 在如今體檢過程中，身高和體重是必要的測量部分。傳統(tǒng)的測量方法是通過壓降式的測高和秤盤式稱重讀數(shù)，與傳統(tǒng)測量方法相比，本設(shè)計采用超聲波非接觸式的測高，并由液晶直接顯示即時的身高和體重數(shù)據(jù)。這就使得該設(shè)計具有實時性，能相當快捷的得出身高體重值，給體檢過程帶來很大方便。本設(shè)計是

9、基于單片機STC89C52的測量系統(tǒng)，包括測高和稱重兩個模塊。其中測量身高量程為2m，稱重量程為200kg，能實現(xiàn)絕大多數(shù)測量要求。測高部分采用超聲波測距原理測量，稱重部分用稱重傳感器連接專用稱重AD-HX711測量重量，由液晶1602顯示數(shù)字數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了智能化測量，使本設(shè)計具有實用價值。關(guān)鍵詞STC89C52 超聲波測高 HX711 液晶1602英文摘要 In the examination process, measurement part is necessary for height and weight. The traditional measurement method is t

10、he pressure drop through the way of height, weighting scale reading way, compared with the traditional measurement method, the design uses the non-contact height ultrasonic, displaying real-time height-weight data by the liquid crystal. It makes the design has the advantages of real-time, can quickl

11、y get height and weight values, which brings great convenience for the examination process.The design of measurement system is based on STC89C52 microcontroller, including the height and weight of two modules. The measurement of the height range for 2m, weighing range for 200kg, to achieve the most

12、measurement requirements. Measurement of ultrasonic ranging principle using altimetry, weighing sensor connected weighing AD-HX711 measurement by weight, LCD-1602 display digital data, and realize intelligent measurement, the design has practical value.關(guān)鍵詞STC89C52 ultrasonic altimeter HX711 LCD

13、-1602畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評定成績 評審基元評審要素評審內(nèi)涵滿分實評分選題質(zhì)量28%目的明確符合要求選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和綜合訓(xùn)練的基本要求9選題恰當題目規(guī)模適當5題目難易度適中5聯(lián)系實際題目與生產(chǎn)、科研、實驗室建設(shè)等實際相結(jié)合，具有一定的實際價值9能力水平30%綜合運用知識能力能將所學(xué)專業(yè)知識和機能用與畢業(yè)設(shè)計中；設(shè)計內(nèi)容有適當?shù)纳疃?、廣度和難度 5應(yīng)用文獻資料能力能獨立查閱相關(guān)文獻資料，能對本設(shè)計所涉及的有關(guān)研究狀況及成果歸納、總結(jié)和恰當運用5實驗（設(shè)計）能力能運用本學(xué)科常用的研究方法，選擇合理可行的方案，能對實際問題進行分析，進行實驗（設(shè)計），具有較強的動手能力5計算

14、能力原始數(shù)據(jù)搜集得當；能進行本專業(yè)要求的計算，理論依據(jù)正確，數(shù)據(jù)處理方法和處理結(jié)果正確5計算機應(yīng)用能力能根據(jù)設(shè)計題目要求編程上機或使用專業(yè)應(yīng)用軟件完成設(shè)計任務(wù)5分析能力能對設(shè)計項目進行技術(shù)經(jīng)濟分析或?qū)嶒灲Y(jié)果進行綜合分析5設(shè)計質(zhì)量32%插圖或圖紙質(zhì)量能用計算機繪圖，且繪制圖紙表格符合標準5說明書撰寫水平設(shè)計說明書齊全；概念清楚，內(nèi)容正確，條理分明，語言流暢，結(jié)構(gòu)嚴謹；篇幅達到學(xué)校要求12規(guī)范化程度設(shè)計的格式、圖紙、數(shù)據(jù)、用語、量和單位、各種資料引用和運用規(guī)范化，符合標準；設(shè)計欄目齊全合理5成果的實用性與科學(xué)性較好地完成設(shè)計選題的目的要求，成果富有一定的理論深度和實際運用價值 5創(chuàng)見性具有創(chuàng)新意

15、識，設(shè)計具有一定的創(chuàng)新性5外文資料翻譯10%外文應(yīng)用能力能搜集、閱讀、翻譯、歸納、綜述一定量的本專業(yè)外文資料與外文摘要，并能加以運用，體現(xiàn)一定的外語水平，譯文漢字數(shù)1500-200010總成績：評定等級：指導(dǎo)教師評審意見：指導(dǎo)教師簽名： 說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，總成績90100分記為優(yōu)秀，8089分記為良好，7079分記為中等，6069分記為及格，60分以下記為不及格。若譯文成績?yōu)榱悖瑒t不計總成績，評定等級記為不及格。湖南師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計答辯記錄表畢業(yè)設(shè)計題 目 體重及超聲波遠距測高儀-體重檢測作者姓名所屬院、專業(yè)、年級工程與設(shè)計學(xué)院電子信息工程專業(yè)201

16、0年級指導(dǎo)教師姓名、職稱陳兆仁 高工答 辯 會 紀 要時間地點答辯小組成員姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）答辯中提出的主要問題及回答的簡要情況記錄：會議主持人簽名：記錄人簽名：年 月 日 答辯小組意見評語：評定等級： 負責人（簽名）： 年 月 日學(xué)院意見評語：畢業(yè)設(shè)計學(xué)院最終評定等級： 負責人（簽名）： 學(xué)院（公章） 年 月 日學(xué)校意見評語：評定等級： 負責人（簽名）： 年 月 日目 錄摘 要1Abstract21 引言31.1 選題背景及目的31.2 總體方案設(shè)計與論證41.2.1 設(shè)計任務(wù)41.2.2 設(shè)計內(nèi)容41.2.3 方案論證與選擇42 硬件電路設(shè)計62.1 主

17、控電路62.2 超聲波測高模塊電路72.2.1 超聲波傳感器及其測高原理72.2.2 超聲波傳感器電氣參數(shù)及其時序圖82.3 壓力傳感器稱重模塊102.3.1 壓力傳感器102.3.2 稱重AD轉(zhuǎn)換芯片112.3.3 稱重部分AD轉(zhuǎn)換基本原理132.3.4 稱重傳感器重量標定152.4 LCD1602液晶顯示模塊162.4.1 LCD1602介紹162.4.2 LCD1602主要技術(shù)參數(shù)及其時序圖173 系統(tǒng)軟件設(shè)計203.1 單片機初始化程序設(shè)計203.2 超聲波測高模塊程序設(shè)計203.3 測體重程序設(shè)計223.4 液晶顯示模塊程序設(shè)計22結(jié) 論24參考文獻25附 錄26致 謝51體重及超聲

18、波遠距離測高儀-體重檢測專業(yè)：電子信息工程 年級：2010級 姓名：陳練摘 要在如今體檢過程中，身高和體重是必要的測量部分。傳統(tǒng)的測量方法是通過壓降式的測高和秤盤稱重讀數(shù)，與傳統(tǒng)測量方法相比，本設(shè)計采用超聲波非接觸式的測高，并由液晶直接顯示即時的身高和體重數(shù)據(jù)。這就使得該設(shè)計具有實時性，能很快捷的得出身高體重值，給體檢過程帶來很大方便。本設(shè)計是基于單片機STC89C52的測量系統(tǒng)，包括測高和稱重兩個模塊。其中測量身高量程為2m，稱重量程為200kg，能實現(xiàn)絕大多數(shù)測量要求。測高部分采用超聲波測距原理測量，稱重部分用稱重傳感器連接專用稱重AD-HX711測量重量，由液晶1602顯示數(shù)字數(shù)據(jù)，實現(xiàn)

19、了智能化測量，使本設(shè)計具有實用價值。關(guān)鍵詞：STC89C52 超聲波測高 HX711 液晶1602AbstractIn the examination process, measurement part is necessary for height and weight. The traditional measurement method is the pressure drop through the way of height, weighting scale reading way, compared with the traditional measurement method,

20、the design uses the non-contact height ultrasonic, displaying real-time height-weight data by the liquid crystal. It makes the design has the advantages of real-time, can quickly get height and weight values, which brings great convenience for the examination process.The design of measurement system

21、 is based on STC89C52 microcontroller, including the height and weight of two modules. The measurement of the height range for 2m, weighing range for 200kg, to achieve the most measurement requirements. Measurement of ultrasonic ranging principle using altimetry, weighing sensor connected weighing A

22、D-HX711 measurement by weight, LCD-1602 display digital data, and realize intelligent measurement, the design has practical value.Keywords: STC89C52 ultrasonic altimeter HX711 LCD-16021 引言1.1 選題背景及目的隨著社會的發(fā)展，人們生活水平不斷提升，與身體狀況相關(guān)的方面越來越得到人們的關(guān)注。而身高與體重的變化則是身體狀況最為直接的表現(xiàn)，因此身高體重便成為必要的測量內(nèi)容。身高體重測量儀現(xiàn)以不止

23、用于醫(yī)療、體檢部門，而是可以廣泛應(yīng)用于大眾的儀器，因此身高體重測量儀的研究和設(shè)計有非常廣闊的前景。本設(shè)計的身高體重一體化測量儀可以同時測量身高和體重數(shù)據(jù)，并實時的在屏幕上顯示，大大提高了使用效率。本設(shè)計的儀器系統(tǒng)功耗低，運行情況良好而可靠，能利用最少的資源進行高精度的測量，信息性能可靠，操作便利，可以方便的獲取結(jié)果，在實際的使用中獲得了理想的效果，有重要的研究意義。身高的測量使用非接觸式的超聲波來完成。超聲波指向性強,能量消耗緩慢,在介質(zhì)中傳播的距離較遠,因此超聲波經(jīng)常用于障礙物的距離測量。由于超聲波可做到無接觸檢測距離,這一特性用在人體或其它物體高度的測量上會變得非常方便。而且超聲波傳感器具

24、有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、信號處理可靠等特點。因此本設(shè)計也是利用超聲波來測量高度。體重的測量采用應(yīng)變式壓力傳感器做成電子稱來測量重量。和傳統(tǒng)秤相比較，電子秤利用新型傳感器、高精度AD轉(zhuǎn)換器件、單片機設(shè)計實現(xiàn)，具有精度高、功能強等特點，因此電子稱逐漸取代傳統(tǒng)型的機械杠桿測量秤，成為測量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品1。本課題設(shè)計的電子秤具有基本稱重、顯示功能。該電子秤的測量范圍為0-200Kg，測量精度達到1kg，有高精度，低成本，易攜帶的特點。1.2 總體方案設(shè)計與論證 設(shè)計任務(wù)（1）題目：數(shù)字身高體重測量儀（2）測量要求：超聲波測高精度±1cm，測量范圍2cm-4m稱重精度1kg，測量范圍1kg-200

25、kg要求測量準確，能同時在顯示屏上顯示出來。 設(shè)計內(nèi)容外圍設(shè)備：（1）51單片機最小系統(tǒng)開發(fā)板 （2）STC89C52主芯片（3）超聲波測距模塊 （4）壓力傳感器稱重模塊 （5）AD轉(zhuǎn)換模塊 （6）1602液晶顯示模塊 方案論證與選擇 方案一：采用FPGA控制，超聲波測距，電容式傳感器稱重，數(shù)碼管顯示數(shù)值。方案二：采用51單片機控制，超聲波測距，應(yīng)變式傳感器稱重，1602液晶顯示數(shù)值。以上兩個方案主要是控制芯片，稱重傳感器和顯示設(shè)備的選擇問題?，F(xiàn)就各個選擇做以下論證。FPGA功能強大，端口多，適于多從控制，但數(shù)據(jù)處理較復(fù)雜，且價格昂貴；51單片機設(shè)計簡單，易于控制，價格便宜，且能完成要求的所有

26、工作，因此選擇51單片機控制。電容式傳感器耗電量少,造價低,但準確度只有1/2001/500；電阻應(yīng)變式傳感器的稱量范圍為300g至數(shù)千kg,計量準確度達1/10001/10000,結(jié)構(gòu)較簡單,可靠性較好，因此選擇電阻應(yīng)變式傳感器，且采用全橋式等臂電橋電路。采用數(shù)碼管現(xiàn)實的話，需要兩組數(shù)碼管分別顯示身高和體重數(shù)值，消耗功率大，且占用較多的I/O口資源；采用1602液晶顯示，可以分兩行同時清晰直觀地顯示身高體重結(jié)果及必要的信息，因此選擇1602液晶顯示作為顯示屏。綜上所述，選擇方案二更為合理、經(jīng)濟。2 硬件電路設(shè)計2.1 主控電路 我們主控制電路采用STC89C52芯片，STC89C52RC單片

27、機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇2。 主要特性如下3：  1.工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V單片機） 2.增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.3.工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051的080MHz，實際工作頻率可達48MHz 4.片上集成512字節(jié)RAM 5.用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié) 6.具有EEPROM功

28、能7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.通用I/O口（32個），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。  9.共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2 10.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11.具有看門狗功能 12.工作溫度范圍：-

29、40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）13.通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART 14. PDIP封裝其管腳定義如圖2.1所示。圖2.1 STC89C52 管腳圖 2.2 超聲波測高模塊電路 超聲波傳感器及其測高原理 超聲波是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差t,然后求出距離S=Ct/2，式中的C為超聲波波速。利用超聲波測高前先用超聲波測出發(fā)射頭與地面的高度H1并存入單片機，然后將被測物體移入測量區(qū)內(nèi)測得上表面距離H2，用單片機算出兩者之差就是被測物體的實際高度。超聲波測高系統(tǒng)原理如圖2.2所示。 圖2.2 超聲波測

30、高原理圖 我們使用的是模塊化的超聲波HC-SR04測距，HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路4。其基本工作原理如下： (1)采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號; (2)模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回； (3)有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲 波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S)/2; 超聲波傳感器電氣參數(shù)及其時序圖超聲波測距模塊電氣參數(shù)如下表

31、2.1所示：表2.1 電氣參數(shù)超聲波時序圖如圖2.3所示：圖2.3 超聲波時序圖 以上時序圖表明我們只需要提供一個10uS以上的脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40KHZ周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測得距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。在本設(shè)計中單片機的P3.3腳提供一個16us的高電平給TRIG口，通過模塊自動測距接受ECHO的回響高電平信號給P3.2腳，因此用ECHO高電平持續(xù)時間t/58就是超聲波測得的距離S（cm）。HC-SR04模塊實物圖如圖2.4所示：圖2.4 HC-SR04模塊2.3 壓力傳感器稱

32、重模塊 壓力傳感器稱重傳感器采用200kg的應(yīng)變式壓力稱重傳感器YZC-1B，其內(nèi)部為4個應(yīng)變片構(gòu)成的電橋形式。其測量原理如圖2.5所示。當垂直正壓力P作用于梁上時，梁產(chǎn)生形變， 圖2.5 傳感器受力工作原理電阻應(yīng)變片R1、R2受壓彎拉伸，阻值增加；R3、R4受壓縮，阻值減小。電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓，不平衡電壓與作用在傳感器上的載菏P成正比，從而將非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出5。R1、R2、R3和R4組成惠更斯電橋，將2對電阻應(yīng)變片的阻值變化轉(zhuǎn)變成輸出電壓，其工作原理如圖2.6所示。圖2.6 測量電橋原理傳感器實物圖如下圖所示：圖2.7 稱重傳感器 稱重AD轉(zhuǎn)換芯片HX711是一款專為高精度稱重

33、傳感器而設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強等優(yōu)點、降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為128或64，對應(yīng)的滿額度差分輸入信號幅值分別為±20mV或±40mV。通道B則為固定的64增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測6。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片

34、內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接部件。上電自動復(fù)位功能簡化了開機的初始化過程。圖2.8為HX711芯片應(yīng)用于體重測量的一個參考電路圖。該方案使用內(nèi)部時鐘振蕩器(XI=0)，10Hz的輸出數(shù)據(jù)速率(RATE=0)。電源（2.75.5V）直接取用與MCU 芯片相同的供電電源。通道A與傳感器相連，通道B通過片外分壓電阻與電池相連，用于檢測電池電壓。圖2.8 HX711外部管腳圖HX711主要電氣參數(shù)如表2.2所示。表2.1 HX711電氣參數(shù)表參數(shù)條件及說明最小值典型值最大值單位滿額度差分輸入范圍V（inp）-V(inn)±0.5(AV

35、DD/GAIN)V輸入共模電壓范圍AGND+0.6 AVDD-0.6V輸出數(shù)據(jù)速率使用片內(nèi)振蕩器，RATE=010Hz使用片內(nèi)振蕩器，RATE=DVDD80外部時鐘或晶振，RATE=0fclk/1,105,920外部時鐘或晶振，RATE=DVDDfclk/138，240輸出數(shù)據(jù)編碼二進制補碼800000 7FFFFF(HEX)輸出穩(wěn)定時間（1）RATE=0400mvRATE=DVDD50輸入零點漂移增益=1280.2增益=640.8輸入噪聲增益=128，RATE=050nV(rms)增益=128，RATE= DVDD90溫度系數(shù)輸入零點漂移（增益=128）±7nV/增益漂移（增益=1

36、28）±3ppm/輸入共模信號抑制比增益=128，RATE=0100dB電源干擾抑制比增益=128，RATE=0100dB輸出參考電壓（VBG）1.25V外部時鐘或晶振頻率1 11.0592 30MHz電源電壓DVDD2.6 5.5VAVDD,VSUP2.6 5.5模擬電源電路（含穩(wěn)壓電路）正常工作1600uA斷電0.3數(shù)字電源電路正常工作100uA斷電0.2 稱重部分AD轉(zhuǎn)換基本原理 如圖2.9所示HX711內(nèi)部方框圖，HX711可以在產(chǎn)生VAVDD和AGND電壓，即711模塊上的E+和E-電壓。該電壓通過VAVDD=VBG(R1+R2)/R2計算。VBG為模塊兒基準電壓1.25v

37、R1=20K,R2=8.2K，因此得出VAVDD=4.3V。在4.3V的供電電壓下200Kg的傳感器最大輸出電壓是4.3*2mV/V=8.6mV，經(jīng)過128倍放大后，最大電壓為8.6mV*128=1100.8mV。經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后輸出的24bit數(shù)字值最大為：1100.8mV*224/4.3V2147483。假設(shè)重力為AKg，（A<200Kg）,測量出來的AD值為y.200Kg傳感器輸出，發(fā)送給AD模塊的電壓為AKg*8.6mV/200Kg=0.043AmV，經(jīng)過128倍增益后為128*0.043A=5.504A mV，轉(zhuǎn)換為24bit數(shù)信號為5.504A mV*224/4.3V 2147

38、4.83A，所以y=21474.83A/100 214.75A，得出A=y/214.75Kg。所以程序中AD轉(zhuǎn)換公式為：Weight=(unsigned int）(float)Weight/215圖2.9 HX711內(nèi)部方框圖現(xiàn)附錄HX711接口電路圖如下7：圖2.10 HX711接口電路圖 稱重傳感器重量標定為了檢驗稱重傳感器測量值與實際重量之間的誤差，我對稱重傳感器進行了重量的標定。用不同重量的砝碼置于稱重傳感器上，觀察測量出來的數(shù)據(jù)并進行記錄，制成圖2.11的曲線圖，以及表2.3所示實際重量與測量顯示值得對比表格。圖2.11 重量標定曲線圖表2.3 對比表實際重量（kg）02310203

39、040506070顯示值（kg）01310203040506070實際重量（kg）8090100110120130140160180200顯示值（kg）809099109120129138158178197由標定的曲線圖可以看出，YZC-1B稱重傳感器在3kg以內(nèi)稱重值不穩(wěn)定，在3kg-150kg內(nèi)測量出的稱重值與實際值基本上相同。因為人體正常體重都是位于這一段內(nèi)，所以稱重傳感器能基本滿足適用要求。2.4 LCD1602液晶顯示模塊 LCD1602介紹1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等點陣型液晶模塊它有若干個5*7或者5*11等點陣字符位組成，每個點陣字

40、符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶10。圖2.12 1602顯示電路 LCD1602主要技術(shù)參數(shù)及其時序圖顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)

41、mm其引腳功能見表2.4所示：表2.4 1602引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器，在

42、單片機中連接P2.3腳。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)，在單片機中連接P2.4腳。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令，在單片機中連接P2.5腳。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線，在單片機中連接P0口。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。1602讀寫操作時序如圖2.13和2.14所示8：圖2.13 讀操作時序圖2.14 寫操作時序3 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 單片機初始化程序設(shè)計本

43、設(shè)計的軟件編譯環(huán)境為Keil uVision4，這種編譯環(huán)境支持C語言編程。編譯的模塊包括單片機初始化模塊，超聲波測高模塊，測體重模塊，液晶顯示模塊。初始化函數(shù)模塊主要包括定時器及中斷的初始化，加上液晶顯示的初始化程序。定時器使用單片機內(nèi)部定時器0，設(shè)置定時器0為方式1，初值低8位TL0=0x00,高8位TH0=0x00，啟動定時器0和開啟定時器0中斷。液晶顯示初始化使用標準初始化過程，其初始化過程如下所示：延時15mS，寫指令38H（不檢測忙信號），延時5mS，寫指令38H（不檢測忙信號），延時5mS，寫指令38H（不檢測忙信號），（以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號），寫指令3

44、8H：顯示模式設(shè)置，寫指令08H：顯示關(guān)閉，寫指令01H：顯示清屏，寫指令06H：顯示光標移動設(shè)置，寫指令0CH：顯示開及光標設(shè)置。3.2 超聲波測高模塊程序設(shè)計超聲波測高部分先初始化定時器和中斷，外設(shè)置一個中斷溢出標志flag，根據(jù)flag標志位和回響信號ECHO的狀態(tài)來開啟或關(guān)閉定時器中斷并計數(shù)，由此算出距離值。超聲波測高部分程序流程圖如圖3.1所示。開始定時器和中斷初始化（ECHO=0）&&溢出？Flag=0并且開啟定時器0中斷（ECHO=1）&&溢出？關(guān)閉定時器0計算距離S=(TH0*256+TL0)/58不顯示數(shù)值S>250 ？顯示距離值S結(jié) 束

45、Flag=0？Flag=1圖3.1 超聲波測高部分程序流程圖3.3 測體重程序設(shè)計壓力傳感器稱體重模塊核心部分是AD轉(zhuǎn)換，在AD轉(zhuǎn)換編程中，當數(shù)據(jù)輸出管腳ADDO為高電平時，表明AD轉(zhuǎn)換器還未準備好輸出數(shù)據(jù)，此時串口時鐘輸入信號ADSK應(yīng)為低電平。當ADDO從高電平變低電平后，ADSK輸入24個時鐘脈沖。第一個時鐘脈沖的上升沿將讀出輸入24位數(shù)據(jù)的最高位，直到第24個時鐘脈沖完成，24位輸出數(shù)據(jù)從最高位至最低位逐位輸出完成。測體重部分程序流程圖如圖3.2所示。開 始獲取AD值A(chǔ)D值轉(zhuǎn)換為重量顯示稱重數(shù)值結(jié) 束圖3.2 測體重部分程序流程圖3.4 液晶顯示模塊程序設(shè)計液晶顯示部分是整個實驗可以讀

46、取結(jié)果的必要部分，因此也是整個程序的中心部分。我們使用的LCD1602液晶顯示部分程序流程圖包括下圖3.3所示部分。開 始判忙函數(shù)（忙則等待）寫入命令函數(shù)寫入數(shù)據(jù)函數(shù)清屏函數(shù)寫入字符串函數(shù)寫入字符函數(shù)初始化函數(shù)結(jié) 束圖3.3 液晶顯示模塊程序流程圖結(jié) 論本次設(shè)計基本上達到了設(shè)計要求，使用非接觸式的超聲波測量距離，通過壓力傳感器稱重輸出電壓經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)人體重量的測量，使用1602液晶可以完整顯示身高體重測量值。在后期完善中，把超聲波傳感器定位于2.5m高度，就可以測量出人體高度；稱重傳感器經(jīng)過重量標定，就可以比較準確的稱出重量。不過本設(shè)計依然存在不足之處，比如說超聲波測距太靈敏，人體只要

47、稍微動一下就會引起測量高度的微小變化，無法得出穩(wěn)定數(shù)值；稱重部分稱重精度要求達到0.5kg，實際上為了稱出來的數(shù)據(jù)精準，精度只有1kg。如果需要精度和準確度都達到要求，選擇的硬件已經(jīng)可以滿足要求，只需要在程序部分再設(shè)計一下。希望在今后的學(xué)習(xí)中進一步完善，使系統(tǒng)功能更加可靠。參考文獻1 何力民. 單片機高級教程M. 北京：北京航空大學(xué)出版社，2008:18-19.2 張文灼，MCS-51單片機程序設(shè)計M. 北京：機械工業(yè)出版社，2006:76-77.3 李林功，吳飛青，王兵等單片機原理與應(yīng)用M北京：機械工業(yè)出版社，2007:12.4 趙廣濤，基于超聲波傳感器的測距系統(tǒng)設(shè)計D. 微計算機信息，2006.5 陳杰，黃鴻. 傳感器檢測與技術(shù)M. 北京：高等教育出版社，2002:108.6 浦方華，田作華. 一種基于HX711的高精度電子稱重儀A. 上海交通大學(xué)，電子信息與電氣工程學(xué)院. 上海，2002:40.7 趙承利. Protel DXP電路設(shè)計（基礎(chǔ)、案例篇）M. 北京：中國鐵道出版社，2009:100.8 Yam RCM,Tse PW,Li L,Tu P.Intelligent predictive decision support system for condition-bas