電子體重秤畢業(yè)論文

1、太原科技大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目：電子體重秤系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 姓 名 羅大神 學(xué)院（系） 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 測控技術(shù)與儀器 年 級 2011 指導(dǎo)教師 楊亞坤 2015 年 6 月12太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要體重秤存在的最古老證據(jù)來源于印度河流域，至今大概有4000多年的歷史。隨著社會逐漸發(fā)展，人類的物質(zhì)生活水平逐漸提高，越來越多的人因體重過高而患上高血壓，高血脂等疾病，因此能實(shí)時了解自己的體重情況是生活中一件很重要的事。稱重能及時發(fā)現(xiàn)自己體重健康狀況，從而控制自己的體重，避免因肥胖而患上疾病。當(dāng)前市場上已有各式各樣的體重秤，它們能實(shí)現(xiàn)稱重的目的，但是部分體重秤存在一些問題，比如稱量

2、精度較低、比較耗電、可稱量的范圍較小、不能被一部分體重特殊的人群使用等問題?；谶@種現(xiàn)狀，本文提出一種簡易的體重秤研究與設(shè)計(jì)方法，使人們花費(fèi)很少的價格就能買到一款精度較高、響應(yīng)速度快的體重秤。本設(shè)計(jì)采用四個相同的金屬絲式應(yīng)變片作為壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)將被測重量轉(zhuǎn)化為電阻的變化量，再將電阻的變化量轉(zhuǎn)換為模擬電壓的變化量，之后采用四臂全橋接線法的方式作為測量電路，并且將測到的模擬電壓值接入HX711這款芯片，經(jīng)過該芯片的電壓信號放大和AD裝換后用STM32單片機(jī)來采集數(shù)據(jù)并處理，最后通過LCD液晶屏顯示出來。整個設(shè)計(jì)完成了量程為5kg150kg，顯示精度為0.1kg的高精度體重秤，而且能快速實(shí)時的顯示

3、體重，達(dá)到了商業(yè)衡器的精度，滿足了實(shí)際生活中的基本稱重需求，實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的目的。 關(guān)鍵詞： 重量，金屬絲式應(yīng)變片，壓力傳感器，HX711芯片，STM32單片機(jī)1ABSTRACT The oldest evidence of the existence of scales from the Indian River, has about 4,000 years of history. With the progressive development of society, peoples material living standards gradually improved, more and

4、more people were overweight and suffering from high blood pressure, high cholesterol and other diseases, so they can understand their own body weight in real-time situations is something very important in life thing. Weighing can find the health of their weight to control their weight, to avoid suff

5、ering from the disease of obesity. The current market has a wide range of scales, they can achieve the purpose of weight, but there are some problems portions scales, such as lower weighing accuracy, more power, smaller weighing range can not be part of the weight of special people to use and other

6、issues. Based on this situation, we propose a simple weight scale research and design methods to make people spend very little price you can buy a high precision, fast response scales. This design uses the same four wire strain gauges as pressure sensors, the measured weight into resistance variatio

7、n, then the amount of change in resistance is converted to an analog voltage variation, followed by a four-arm full bridge wiring method way as the measuring circuit, and the analog voltage values measured access HX711 chip through the chip voltage signal amplification and AD with STM32 microcontrol

8、ler to collect data exchange and after the installation process, and finally through the LCD screen display. The whole design complete range of 5KG 150KG, showing an accuracy of 0.1KG precision scales, and real-time display of weight quickly, reaching commercial weighing accuracy, to meet the real-l

9、ife needs of basic weighing to achieve this design purposes.Keywords: Weight, Wire strain gages,Pressure Sensors,HX711 chip,STM32 microcontroller1 目錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒論11.1 課題背景及意義11.2 體重秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.3 本文的主要研究方向2第2章 電子體重秤的設(shè)計(jì)思路32.1 總體流程圖32.2 硬件部分32.2.1 體重秤面板32.2.2 傳感器42.2.3 電壓放大和AD轉(zhuǎn)換芯片42.2.4 處理器42.

10、2.5 顯示器52.3 軟件流程圖5第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與硬件選型73.1 金屬絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和受力分析73.1.1 金屬絲應(yīng)變片壓力傳感器的結(jié)構(gòu)73.1.2 壓力傳感器的受力分析73.1.3 應(yīng)變片受力后電阻變化原理83.1.4 全橋電路93.2 電壓放大和AD轉(zhuǎn)換芯片93.3 處理器選擇103.4 顯示器選擇12第4章 軟件的編寫和組成134.1 編程方法134.2 具體實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵代碼134.2.1 建立工程和模塊編寫134.2.2 關(guān)鍵代碼144.3 軟件調(diào)試問題及結(jié)果15第5章 調(diào)試結(jié)果及指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)165.1 調(diào)試過程175.2 本設(shè)計(jì)的體重秤和標(biāo)準(zhǔn)體重秤實(shí)測值對比175.3 精度指標(biāo)和

11、已經(jīng)達(dá)到的精度17第6章 結(jié)論和展望196.1 結(jié)論196.2 展望未來19參考文獻(xiàn)20致 謝21附 錄22III第1章 緒論1.1 課題背景及意義稱量器具的出現(xiàn)來源已久，從公元前2300年前到公元前1600年的印度河平原就已出現(xiàn)，地點(diǎn)在今天的巴基斯坦境內(nèi)，在此之前，體重秤的使用沒有被考證。古時候的很多國家都有自己的稱重工具，在古埃及，稱重的工具大概可以追溯到公元前1869年，后來自從達(dá)芬奇改良了體重稱，真正的體重秤才算是誕生，中國古代也比較重視質(zhì)量的稱重。作為一種稱量手段，稱量的系統(tǒng)應(yīng)用于各種行業(yè)，在各個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著重要的作用。隨著社會的發(fā)展，人們的生活水平逐漸改善，人們的體重普遍增

12、長，這也導(dǎo)致人們患上了很多疾病，比如高血壓，高血脂，血管硬化等疾病。越來越多的人將控制體重變?yōu)樯钪幸患浅Ｖ匾氖?，因而體重秤的應(yīng)用也十分普遍。比如醫(yī)院、藥店、甚至商城等都有體重稱，這種環(huán)境對于人們及時了解自己的體重，并且改善自己的生活習(xí)慣起到了很好的效果。當(dāng)前體重秤種類較多，部分體重秤有著明顯的缺點(diǎn)。首先，對于目前的大多數(shù)體重秤來說，精度都偏低，有些體重秤誤差能夠達(dá)到1kg。其次，現(xiàn)在市場在售的體重秤測量的范圍較小，一般的體重秤最大量程不到100kg，最小有效稱量也要10kg。而且目前很多體重秤使用一段時間后精度變低。鑒于這種狀況，本文設(shè)計(jì)的體重秤有較高精度，能夠顯示最小0.1kg的靈敏度

13、，并且量程從5kg到150kg，能滿足絕大多數(shù)人群使用，而且本次設(shè)計(jì)的電子稱能夠長時間保持較高的精度不變。1.2 體重秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前，體重秤的發(fā)展可謂百家爭鳴，每個廠商都有自己的品牌與特點(diǎn)，體重秤一般分為機(jī)械式和電子式兩種，鑒于目前狀態(tài)下電子稱成本相對較低，并且準(zhǔn)確性較高，所以市面上絕大多數(shù)都是電子體重秤，因?yàn)槠浞N類繁多，涉及的人群較廣，受到世界各個國家所重視，為保護(hù)廣大消費(fèi)者的權(quán)益，各國也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。體重秤的發(fā)展隨著電子芯片的發(fā)展，逐年更新?lián)Q代，再加上社會的需求逐漸增大，目前市場上流通的體重秤雖然功能齊全，價格便宜，但是也有自身的一些缺點(diǎn)，比如精度不高，稱量范圍較小，例如

14、宿舍買的品奧牌的體重秤，只有超過10kg以上的重量才能準(zhǔn)確顯示，并且顯示精度在1kg以內(nèi)，誤差較大。還有很多體重秤隨著使用時間的延長而精度變得越來越低，稱量較小體重時誤差很大，而且耗電量特別大，比如森花牌的體重秤，插入的五號電池用不了多久就需要更換，因此也導(dǎo)致了使用的不便，這些情況便是目前待解決的問題。未來，在體重秤的發(fā)展方向上，體重秤一定會朝著這五個方向發(fā)展，依次有小型化、模塊化、智能化、集成化、多功能化。其技術(shù)性能趨向是速度快，穩(wěn)定性高，可靠性高，以及準(zhǔn)確性較高，其功能趨向是稱重計(jì)量的的控制信息和其他功能的信息并重的“智能化”功能，其應(yīng)用趨向是組合性和綜合性，比如加上身高測量，血壓監(jiān)測，胖

15、瘦檢測和體重狀況記錄等其它實(shí)用的功能。1.3 本文的主要研究方向經(jīng)過前文已經(jīng)了解到體重秤的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展方向，面對未來，體重秤必須朝著更好的方向發(fā)展，所以本設(shè)計(jì)即為改善當(dāng)前體重秤的不足而努力。首先，本系統(tǒng)采用了金屬絲式應(yīng)變片壓力傳感器，價格便宜，精度較高，能獲取一定精度的電壓數(shù)據(jù)。其次，因?yàn)楂@取的電壓值較低，必須經(jīng)過電壓放大后才能進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，所以須經(jīng)過電壓放大這個環(huán)節(jié)。再次，處理器只能處理數(shù)字信號，而傳感器采集到的信號是模擬電壓信號，所以還要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換。最后，數(shù)據(jù)才能交給單片機(jī)處理，并通過LCD液晶屏幕顯示。本文第一章介紹了體重秤的背景、意義、和發(fā)展趨勢，準(zhǔn)確的把握體重秤的發(fā)展前景和詳細(xì)

16、的分析了體重秤的現(xiàn)狀。第二章主要描述了整個體重秤設(shè)計(jì)的思路和步驟，對整個流程進(jìn)行總體分析。第三章主要介紹了每個硬件的選型以及使用，第四章概括了軟件的編寫和組成，以及核心代碼的展示。第五章主要描述了調(diào)試結(jié)果以及遇到的問題和解決問題的思路歷程。第六章描述了所獲得的成果以及對未來的展望。整個結(jié)構(gòu)為遞進(jìn)結(jié)構(gòu)，從最初的傳感器介紹，到傳感器采集數(shù)據(jù)，信號放大處理，信號AD轉(zhuǎn)換，最后經(jīng)過單片機(jī)處理并通過LCD液晶屏幕顯示，整個過程緊湊，分布進(jìn)行，讓人容易理解。最后完成一個精度較高，性能可靠，反應(yīng)速度快的智能體重測量系統(tǒng)。- 13 -第2章 電子體重秤的設(shè)計(jì)思路 當(dāng)需要去完成一個設(shè)計(jì)時，就需要去繪制一個總體流

17、程圖，把這個流程圖分成不同的模塊，比如軟件模塊、硬件模塊、以及相互的結(jié)合模塊，然后去逐一實(shí)現(xiàn)。如果這樣做，每次遇到問題就可以快速的找出是哪個模塊的問題，這樣利于解決問題，并且能加快設(shè)計(jì)的完成，下面是整個設(shè)計(jì)的流程及具體模塊分析。2.1 總體流程圖 要想制作一個體重計(jì)，首先得制作一個面板，人們踩在面板上，面板下方放著壓力傳感器，將壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后使電壓值放大到零伏至五伏之間，再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，輸入到STM32單片機(jī)，經(jīng)過一定算法處理后通過STM32輸出，并用LCD液晶屏顯示出來，要求精確度在0.1kg以內(nèi)，并且體重?cái)?shù)據(jù)實(shí)時顯示，完成整個過程便可以獲得一個精確的體重測量系統(tǒng)，整個流程如下

18、圖所示：液晶屏顯示處理器AD轉(zhuǎn)換電壓放大壓力傳感器 圖2.1 體重秤設(shè)計(jì)流程2.2 硬件部分本節(jié)詳細(xì)的說明了本次設(shè)計(jì)需要的硬件種類，選擇此硬件的原因，該硬件的優(yōu)點(diǎn)，并綜合各方面條件對硬件進(jìn)行取舍。2.2.1 體重秤面板要制作體重秤，面板必不可少，必須要有人站在上面稱量，將重力轉(zhuǎn)換為電壓值，才能夠?yàn)楹竺娴臄?shù)據(jù)處理打下基礎(chǔ)。因?yàn)樾枰Q重較大重量，所以必須要求面板有足夠的承重力。當(dāng)然也可以將受力分散，最好的辦法就是增大接觸面積，這樣可以減少壓力，對面板的工藝要求可以放低。目前市面上體重稱的面板一般是玻璃制品，因?yàn)閮r格較低，其次是玻璃制品外觀好看并且相對牢固，因此日常使用中不會輕易損壞。本次設(shè)計(jì)的體重

19、稱最大承重為150kg，而且最低稱重5kg，由于市場上的不容易單買到合適的玻璃面板，本次設(shè)計(jì)采用了一塊較厚的木板作為面板，它能滿足本設(shè)計(jì)的使用要求。2.2.2 傳感器 壓力傳感器需要有一定的范圍精度和承重量，因?yàn)槿说捏w重在一個范圍內(nèi)，有些人很輕，如小孩和兒童，他們只需要十幾千克甚至幾千克，而有的人體重很重，有的達(dá)到一百千克以上，人體重的差距導(dǎo)致在制造體重秤時需要考慮不同體重之間壓力的變化。因此壓力傳感器需要承受最大150kg的重量，如達(dá)不到這個重量則有可能較重的人站上去就損壞了壓力傳感器，這樣體重秤就不能再用來使用。另一方面還需要能精確稱量最小5kg的物體。除此之外，還要求采集到的電壓值能達(dá)到

20、1mv以上，這樣便于進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，為最終得到精確的體重?cái)?shù)據(jù)值做好鋪墊。2.2.3 電壓放大和AD轉(zhuǎn)換芯片因?yàn)閴毫鞲衅魇艿街亓Φ淖饔脦砹宋⑿‰妷旱淖兓盐⑿〉碾妷鹤兂蔀閱纹瑱C(jī)能處理的數(shù)字量，需要經(jīng)過電壓放大，電壓的放大的倍數(shù)需要有一個確定的范圍，因?yàn)槿绻妷悍糯蟮谋稊?shù)不夠，就不能進(jìn)行較為精確的AD轉(zhuǎn)換，因而單片機(jī)獲得的數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確。如果要有較為精確的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，AD轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)需要更高，此時才能得到準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)，否則便不滿足要求?？紤]到上面的需求，本次的傳感器選擇了電壓放大和AD轉(zhuǎn)換為一體的芯片，它便是海芯科技較為出色的芯片HX711。HX711有24位高精度數(shù)據(jù)采集的能力，其內(nèi)部

21、集成穩(wěn)壓電源，自帶片內(nèi)時鐘振蕩器等其他外部電路需要的電路，它有電壓放大功能，可選128倍、64倍、以及32倍電壓信號放大器，并且具有穩(wěn)定和反應(yīng)速度快的特點(diǎn)，另一方面還有價格較低等因素而被廣泛使用。2.2.4 處理器處理器的選擇有很多種，比如51單片機(jī)，AVR單片機(jī)，MSP430單片機(jī)，以及飛思卡爾單片機(jī)，STM32單片機(jī)等。由于種類繁多，必須要綜合選擇一下。首先，必須要有較低的功耗，其次要運(yùn)行速度快，再有就是價格低，基本要求主要就是這三個方面。經(jīng)過綜合研究和對比，本次設(shè)計(jì)選擇了意法半導(dǎo)體的STM32單片機(jī)，它滿足前面的這幾個要求，并且有較高的主頻，因此本次設(shè)計(jì)選擇STM32單片機(jī)來的完成設(shè)計(jì)。

22、 2.2.5 顯示器 單片機(jī)的顯示器件主要有數(shù)碼管和液晶顯示器，各有自己的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)碼管顯示耗電較高，但是顯示效果較為清晰，同時編程較為簡單。而LED液晶顯示屏顯示效果沒有設(shè)么突出，價格稍貴，但是它可以顯示字符，同時顯示速度相對較快。由于體重秤應(yīng)用較為廣泛，特別經(jīng)常應(yīng)用于醫(yī)院、藥店、商場等環(huán)境，對它的電量消耗較為重視，而數(shù)碼管顯示需要較高的耗電量，同時LCD液晶顯示屏有耗電低，顯示速度以及較好的顯示效果，所以本次設(shè)計(jì)選擇LCD液晶顯示屏作為體重秤的顯示器件。2.3 軟件流程圖本文用的是STM32單片機(jī)來處理數(shù)據(jù)，所以在軟件編程時需要做很多準(zhǔn)備工作，首先必須安裝一個STM32開發(fā)工具，本次設(shè)計(jì)選擇

23、的是Keil4，安裝完Keil4后就開始創(chuàng)建本次設(shè)計(jì)需要的工程文件，創(chuàng)建工程需要配置很多步驟，在此不做具體陳述，網(wǎng)上可以找到很多關(guān)于此步的資料。其次是編寫本次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集和AD放大芯片的驅(qū)動程序，即編寫HX711的驅(qū)動程序，然后編寫獲得毛坯的數(shù)據(jù)和編寫獲得體重值的程序，隨后輸入到STM32核心處理。最后編寫LCD液晶屏的程序，并通過LCD液晶屏顯示體重?cái)?shù)據(jù)。在主函數(shù)里面編寫出所有需要調(diào)用的函數(shù)以及函數(shù)的初始化，并將它們綜合起來組成一個系統(tǒng)。下圖是軟件編寫的流程圖： 初始化 HX711數(shù)據(jù)采集 獲取體重值是體重值是否超出限值 蜂鳴器報警否 STM32處理 LCD液晶顯示 圖2.2 軟件設(shè)計(jì)主要

24、流程圖 第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與硬件選型經(jīng)過前面的思路分析與總體設(shè)計(jì)，已了解到每一步需要實(shí)現(xiàn)的功能，以及每一步的要求，所以接下來必須經(jīng)過實(shí)物選擇和整個稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后合并成為一個合格的系統(tǒng)，能準(zhǔn)確的稱量人的體重。3.1 金屬絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和受力分析因?yàn)閼?yīng)變片壓力傳感器是采集數(shù)據(jù)的主要工具，所以必須詳細(xì)了解應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和受力分析以及采集數(shù)據(jù)的原理，以下即為詳細(xì)分析。3.1.1 金屬絲應(yīng)變片壓力傳感器的結(jié)構(gòu)金屬絲式應(yīng)變片壓力傳感器主要有四部分組成：包括應(yīng)變片、金屬導(dǎo)線、壓頭和壓板。以下是壓力傳感器的拆解圖： （a）拆解前 （b）拆解后 （c）去除焊線 （d）應(yīng)變片局部放大 圖3.1 壓力傳感器機(jī)械

25、結(jié)構(gòu)圖3.1.2 壓力傳感器的受力分析 壓力傳感器的受力分析用下圖表示，當(dāng)壓頭受力時，壓板兩側(cè)形成相反的剪切力，使應(yīng)變片的電阻變化從而引起加在上面的電壓變化，最終是重量轉(zhuǎn)化為電壓量。 圖3.2 壓力傳感器受力作用圖 3.1.3 應(yīng)變片受力后電阻變化原理由學(xué)過物理知識可知，金屬導(dǎo)線的電阻值R與其長度L成正比，與其截面積A成反比，若設(shè)金屬導(dǎo)線的電阻率為，則用公式表示為 （3-1） 當(dāng)金屬導(dǎo)線由于受到其軸向的拉力而長度發(fā)生變化時，其電阻值理論上也要隨著長度的變化而發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱之為導(dǎo)線的受力電阻變化的性質(zhì)。為了更好的解釋這種現(xiàn)象的發(fā)生，可將公式(3-1)取對數(shù)同時微分，便得 （3-2）公式中為

26、金屬導(dǎo)線長度的相對變化，可用表示，即 （3-3）為導(dǎo)線橫截面積的相對變化，設(shè)導(dǎo)線直徑為D，則 （3-4） 公式中為導(dǎo)線材料的泊松比。 將公式(3-1)和公式(3-2)代入式(3.3)即可得到 （3-5）式（3-5）表明，當(dāng)金屬導(dǎo)線受力而變形后，由于其幾何尺寸和電阻率同時發(fā)生微小變化，從而使其電阻也隨之而發(fā)生變化。我們可以設(shè)想，如若將金屬電阻式應(yīng)變片黏貼到其他構(gòu)件表面上，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生形變時，金屬電阻應(yīng)變片也將隨之而發(fā)生變化，利用金屬式電阻應(yīng)變片的的應(yīng)變效應(yīng)就可將金屬構(gòu)件表面的應(yīng)變量直接轉(zhuǎn)化為電阻值的相對變化量。電阻應(yīng)變片就是利用這一原理制成的應(yīng)變敏感元件。 若令 （3-6）則式（3-5）寫成 （3

27、-7）KS為金屬式電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，它象征著該應(yīng)變片對所受力變化的靈敏系數(shù)，由公式（3-7）我們可以的到，這個系數(shù)隨著導(dǎo)線材料的變化而變化，同時又和所受環(huán)境的溫度和它變形后電阻率的改變而產(chǎn)生變化，理想狀態(tài)下的靈敏系數(shù)希望與應(yīng)變片受力的變化之間為線性關(guān)系，因此希望KS 變量為常數(shù)，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)及其很多次實(shí)物制作的研究結(jié)果表明，百分之九十以上的金屬電阻的電阻變化率和應(yīng)變受力之間的關(guān)系呈線性關(guān)系的，在金屬應(yīng)變片的彈性范圍內(nèi)靈敏度（1 + 2u）一般為1.4到1.8之間。3.1.4 全橋電路 本次設(shè)計(jì)因?yàn)椴捎玫氖撬膫€50KG的金屬絲應(yīng)變片壓力傳感器，這四個傳感器通過并聯(lián)的方式進(jìn)行連接，得到的電路

28、為四個應(yīng)變片的四臂全橋電路?？偣惨?根線，有兩根分別是5V電壓線和接地線，另外兩根作為模擬電壓正負(fù)輸出線，整個流程隨著壓力的變化引起電阻變化并導(dǎo)致電壓變化，然后通過引線引入電壓放大芯片，再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后交給處理器處理并用LCD顯示屏顯示出來。3.2 電壓放大和AD轉(zhuǎn)換芯片 前一步得出了微小的電壓，因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能處理0伏到5伏的電壓，所以必須把得到的電壓放大，最后在AD轉(zhuǎn)換交給處理器處理，通過查詢和篩選了一系列的芯片，最終找到一塊芯片HX711，HX711接線如下圖所示。 圖3.3 傳感器與HX711模塊連接圖 對于這塊芯片有以下一系列優(yōu)點(diǎn)，在此我們直接引用海芯官方給出的資料有 （1）兩路可選

29、擇差分輸入； （2）片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為32,64 和 128； （3）片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源； （4）片內(nèi)時鐘振蕩器無需任何外接器件，必要時也可使用外接晶振或時鐘； （5）上電自動復(fù)位電路； （6）簡單的數(shù)字控制和串口通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無需編程； （7）同步抑制 50Hz 和 60Hz 的電源干擾； （8）耗電量（含穩(wěn)壓電源電路）：典型工作電流： 1.6mA, 斷電電流： 1A； （9）工作電壓范圍：2.6 5.5V； （10）工作溫度范圍：-40 +85； (11) 管腳的 SOP-16 封裝； (12)可選擇 10H

30、z 或 80Hz 的輸出數(shù)據(jù)速率； 等十二條優(yōu)點(diǎn)以作說明。 3.3 處理器選擇對于處理器的選擇，經(jīng)過多方面查資料發(fā)現(xiàn)STM32比較適合，下圖是STM32F103開發(fā)板的實(shí)物圖。圖3.4 STM32F103開發(fā)板下面介紹STM32的優(yōu)勢，具體有以下幾點(diǎn): （1）ARM最新的Cortex-M3內(nèi)核。優(yōu)先級搶占的中斷控制器，支持中斷自動嵌套，硬件完成現(xiàn)場保護(hù)與恢復(fù)，中斷嵌套時，只需保護(hù)和恢復(fù)一次現(xiàn)場，即使在恢復(fù)現(xiàn)場的時候再次中斷也不需要再次保護(hù)現(xiàn)場，只需6個clk的調(diào)整時間。 （2）居然只需7個濾波電容就能構(gòu)成最小系統(tǒng)； （3）外設(shè)的引腳居然可以重影射； （4）RAM居然可以通過位綁定技術(shù)按位來訪問

31、； （5）居然裝備了可編程的掉電監(jiān)測器； （6）居然有帶電池供電的數(shù)據(jù)備份寄存器； （7）芯片進(jìn)入低功耗模式后可以通過“事件”喚醒，而無須執(zhí)行中斷子程序； （8）定時器居然有前置的倍頻器； （9）2個12位的AD卻擁有高達(dá)1M的采樣速率，AD模式更是天花亂墜，傳說中的注入模式； （10）GPIO刷新速率可設(shè)定，支持位的原子操作，還能鎖定方向，居然還有個腳叫“入侵檢測引腳”，發(fā)生“入侵”時硬件自動記錄時間，只要有后備電池。為西門子保留了單脈沖的輸出功能（據(jù)說用于PLC的）； （11）原來還有一種狗叫模擬看門狗； （12）可檢測PWM脈寬和頻率（硬件直接支持）； （13）集成電機(jī)控制和霍爾接口；

32、（14）原來還有一種狗叫窗口看門狗過早或過晚喂狗，狗都會讓系統(tǒng)復(fù)位；（15）還集成了第三只狗，獨(dú)立看門狗，這種狗比較常見；（16）SPI還帶硬件的CRC校驗(yàn)高達(dá)18Mb/s的通訊速度；（17）支持兩個設(shè)備地址的I2C總線，據(jù)說任天堂的游戲機(jī)常用到這種功能，I2C同時支持SMBUS2.0和PMBUS模式；（18）USART速度高達(dá)4.5Mbps，不僅支持IrDA還與接觸式的IC卡協(xié)議兼容；（19）還有CAN，USB。3.4 顯示器選擇經(jīng)過比對和研究，本次設(shè)計(jì)選擇了LCD液晶屏進(jìn)行顯示。該款芯片的型號為YB1602A，它具有三態(tài)總線輸出，共陰極的數(shù)碼管，還有緩沖控制輸入等優(yōu)點(diǎn)，顯示效果明顯，能夠?qū)?/p>

33、現(xiàn)實(shí)時顯示，對于體重的變化能夠做出快速反應(yīng)。 YB1602A 是一種字符型液晶模塊。共可以顯示 2 行16 個字符，每個字符是由 58 點(diǎn)陣組成的字符塊集。字符型液晶顯示模塊由字符型液晶顯示屏（LCD），控制驅(qū)動主芯片 SPLC780C 及其擴(kuò)展驅(qū)動芯片 SPLC1OO，配以少量外圍阻容元件結(jié)構(gòu)件等裝配在 PCB 板上 而成。YB1602A 采用 COB 工藝制作，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使用壽命長。 YB1602A 應(yīng)用于智能儀器儀表通訊辦公自動化以及軍工領(lǐng)域。 第4章 軟件的編寫和組成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用Keil4作為編程開發(fā)工具，并且采用了HX711作為數(shù)據(jù)采集芯片。首先需要對該芯片編寫一個驅(qū)動程序，同時

34、還要對于采集的信號進(jìn)行濾波，并且中間還需要一個算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終通過數(shù)碼管顯示出來的才是體重的真實(shí)數(shù)據(jù)，下面主要介紹軟件編寫的方法及過程。4.1 編程方法STM32來自于意法半導(dǎo)體公司的主推芯片，所以該公司直接編寫了一個硬件庫，里面包含了各種功能庫的使用例子和詳細(xì)介紹，需要使用時可以直接調(diào)用已經(jīng)編寫好的的函數(shù)。本次設(shè)計(jì)采用的是模塊化編程方法，把每一個模塊單獨(dú)分開，分別編寫，并測試模塊的正確與否，必須保證每個模塊測試正確，才開始編寫主函數(shù)，每個模塊都給出相應(yīng)的接口，以便主函數(shù)調(diào)用，這樣的編寫方法能降低整個過程的難度，同時，在編程的時候可以很明確的了解到下一步應(yīng)該做什么，只要掌握好輸入與輸出的

35、連接接口關(guān)系，逐步求精后最后將其結(jié)合成一個完整的功能實(shí)現(xiàn)。模塊化的編程是為了實(shí)現(xiàn)編程的簡單化，降低程序的復(fù)雜度，在調(diào)試時方便找出問題以及維護(hù)程序和程序更新時簡單明了，從而縮短整個寫代碼的周期，用更少的時間寫出更多有效率的代碼。4.2 具體實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵代碼本次編程采用模塊化編程，也注定了本設(shè)計(jì)具體實(shí)現(xiàn)時必須有個明確的模塊分類，在STM32的編程中，本設(shè)計(jì)有較為明確分步編程具體步驟以及模塊之間的獨(dú)立編寫，在下面的詳細(xì)介紹中我將要具體說明步驟。4.2.1 建立工程及模塊編寫建立工程時就將工程文件分為六個文件，依次是CORE、MyCode、OBJ、STM32_FWLIB、SYSTEM、USER,，其中C

36、ORE文件里面放的是STM32的啟動文件，里面包括了幾個匯編代碼，每次當(dāng)啟動STM32核心的時候需要用到這部分代碼，所以叫做CORE。MyCode這個文件里面放的是本次設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)功能的代碼，這里面包含有三個模塊，每個模塊包含一個h文件和c文件，三個模塊分別是HX711模塊，這是我們的數(shù)據(jù)采集芯片，它包括了電壓放大和AD轉(zhuǎn)換功能，我們不僅要給它編寫驅(qū)動函數(shù)，并且還要讓它返回一個體重值供主函數(shù)調(diào)用，其中還設(shè)計(jì)到一個算法，該算法主要調(diào)整一個體重指數(shù)，必須使指數(shù)符合該傳感器才能返回一個精確的體重值。還有另一個模塊是液晶屏的顯示模塊，其目的是主要將HX711芯片獲得的數(shù)據(jù)顯示到液晶屏。最后一個模塊是報

37、警模塊，就是蜂鳴器，當(dāng)數(shù)據(jù)超過傳感器的最大量程時，實(shí)現(xiàn)報警的功能。OBJ文件里面放的是編譯時生成的中間文件和最終生成可供板子下載的hex文件。STM32_FWLIB里面放的是STM32的固件庫文件，里面包含各種功能的h文件和c文件，比如中斷，IO口，通訊等各種功能的庫函數(shù)。SYSTEM里面包含著本次設(shè)計(jì)最常用的函數(shù)，有延時函數(shù)，管腳定義函數(shù)，和串行口函數(shù)，這些函數(shù)都是STM32處理器編寫每個功能模塊時經(jīng)常用到的函數(shù)，放在這里可以讓我們更好的調(diào)用。USER文件里面包含有建立工程時Keil4生成的工程文件，需要打開工程時就從這里找到工程名字點(diǎn)擊打開就可以實(shí)現(xiàn)。4.2.2 關(guān)鍵代碼本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵代碼便

38、是數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)的代碼，如下#define HX711_SCK PBout(0)/ PB0#define HX711_DOUT PBin(1)/ PB1u32 HX711_Read(void)/電壓增益128倍unsigned long count; unsigned char i; HX711_DOUT=1; delay_us(1); HX711_SCK=0; count=0; while(HX711_DOUT); for(i=0;i24;i+) HX711_SCK=1; count=count 100000高準(zhǔn)確度精密衡器10000 n 100000中準(zhǔn)確度商業(yè)衡器1000

39、n 10000普通準(zhǔn)確度粗衡器100 n 1000 由于本次設(shè)計(jì)傳感器的資料顯示它的最大有效量值為150kg，而本次設(shè)計(jì)顯示精度為0.1kg，則n = M/d = 1500，屬于商業(yè)衡器類。故本次設(shè)計(jì)的電子稱的準(zhǔn)確度等級為商業(yè)衡器等級。第6章 結(jié)論和展望本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，歷時兩個月，出現(xiàn)了很多難解決的問題，但最終如愿以償，完成了一些體重秤基本的功能，還是感覺不算完整，仍然有很多地方需要改進(jìn)。6.1 結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是制作一個精度較高的體重秤，從剛開始的購買壓力傳感器，然后接線，到電壓放大芯片和AD轉(zhuǎn)換芯片的選擇和購買，以及最后的的對處理器的選擇和液晶顯示屏的顯示，這中間既有對壓力傳感器的

40、知識的加深認(rèn)識，和對傳感器原理的掌握，也有對硬件電路的設(shè)計(jì)，軟件的編程和芯片驅(qū)動程序的編寫以及軟硬件的相互結(jié)合調(diào)試，最終完成對一個較為精確的電子體重秤，顯示精度為0.1kg，完成了最終的目標(biāo)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我獲得了很多收獲，首先，不管做什么事，我們都會遇到不可預(yù)知的困難，但是我們一定要堅(jiān)持做下去，有句話說得好，“堅(jiān)持就是勝利”，只有通過不斷的試錯，不斷的改進(jìn)，才能夠達(dá)到自己想要的結(jié)果。其次，我了解了每個產(chǎn)品都需要較為嚴(yán)密的檢驗(yàn)，和對需求的正確認(rèn)識，編寫代碼必須注釋，程序必須有較好的縮進(jìn)方式才能夠方便自己和別人閱讀。最后，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)給我的較大的啟發(fā)，讓我提高了自己的分析和解決問題的能力，讓我對

41、自己未來的工作做好更充分的準(zhǔn)備。6.2 展望未來自從前幾天小米的體重秤在網(wǎng)上開始售賣，不到一百塊的小米體重秤，不僅有較好的外觀，還有自動開關(guān)機(jī)和BMI胖瘦檢測胖瘦以及與手機(jī)相連就能顯示自己的體重情況和健康狀況，讓我看到了體重秤的未來一定是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要部分，也是未來人們健康檢測的重要工具。人們通過體重秤便能實(shí)時的了解自己的體重信息，并且能夠知道今天增加或者減少了多少克重量，并且通過連網(wǎng)實(shí)時記錄自己的體重增減情況，讓人們及時知道自己的什么行為會增加重量，做的什么運(yùn)動能夠更好的控制自己的體重，并且知道什么運(yùn)動是對自己保持健康體重的最好方法。這些具體信息都能夠通過網(wǎng)絡(luò)及時告訴我們，最終讓我們更好的

42、了解自己的健康狀況，防止肥胖癥、高血壓、高血脂等因?yàn)轶w重過重而帶來的疾病，保持我們的身體健康，能實(shí)時了解自己的健康狀況，我認(rèn)為就是未來體重秤發(fā)展的方向。 參考文獻(xiàn)1 趙廣平.電子秤設(shè)計(jì)M.清華大學(xué)出版社20132 張杰.傳感器檢測技術(shù)M.機(jī)械工業(yè)出版社M.2012.73 王紅業(yè).體重測量之電子稱J.西安電子科技大學(xué)出版社 20074 張易剛.STM32固件庫J.2011.75 陳杰,李洪.體重秤設(shè)計(jì)與研究M.機(jī)械工業(yè)出版社20056 王宏偉.單片機(jī)原理M.北京理工大學(xué)出版社,20117 王建華.信息產(chǎn)業(yè)報道J.2012.2 8 曹少飛.傳感器研究與分析R.傳感器技術(shù)學(xué)報 2010.129 何芳

43、.傳感器技術(shù)M.南京：東南大學(xué)出版社,200210 何建民.STM32應(yīng)用文集N.機(jī)械工業(yè)出版社,199611 Chen Guang,Wang Yong,Wu Gang.Frequency domain identification of flexible structure with the resistance strain gauge sensorA.Intelligent Control and Automation, 2004. WCICA 2004. Fifth World Congress C.200412 譚浩強(qiáng). C程序設(shè)計(jì) 北京:清華大學(xué)出版社,2004.13 Claren

44、ce W. de Silva.Signal Conditioning and Modification: Bridge CircuitsA.Vibration and Shock HandbookC.201114 Sifuentes, E,Casas, O.Direct interface circuit to linearise resistive sensor bridgesJ.Sensors and Actuators. A, Physical,201015 M.K. Patra,K. Manzoor,M. Manoth.Nanotechnology Applications for C

45、hemical and Biological SensorsJ.Defence Science Journal,200516 張興.壓力傳感器的設(shè)計(jì)與研究N.傳感技術(shù)學(xué)報,200817 陳付云.應(yīng)變片傳感器的設(shè)計(jì)M.機(jī)械工業(yè)出版社,200318 李宏.體重秤的設(shè)計(jì)與制造分析M.高等教育出版社,201419 張平.傳感器技術(shù)研究M.西安電子科技大學(xué)出版社,2006 致 謝這次論文歷時兩個月，其中遇到了很多自己無法解決的問題，感謝楊亞坤老師給我悉心指導(dǎo)，每次遇到困難，楊亞坤老師總是積極引導(dǎo)我一步一步解決問題，在論文的結(jié)構(gòu)和具體布局上不斷的指導(dǎo)我改正錯誤，使我寫出的論文結(jié)構(gòu)更緊湊、布局更為合理。同時

46、，感謝陳秋林同學(xué)和耿偉超同學(xué)給我重要的幫助和支持，讓我學(xué)到了很多重要而且自己不具備的解決問題的能力，讓我以更快的速度解決設(shè)計(jì)中遇到的難題，從他們身上我學(xué)到較為先進(jìn)創(chuàng)新的思想，感謝四年來教給我各種知識的老師，是你們讓我有足夠的基礎(chǔ)知識去完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我能夠擁有比較扎實(shí)的基礎(chǔ)去面對未來的工作。最后，感謝所有關(guān)心和支持我的同學(xué)們和老師們！附 錄附錄A: 本次設(shè)計(jì)所用的代碼1.數(shù)據(jù)采集的代碼和獲得體重值的程序#include HX711.h#include delay.hu32 HX711_Buffer;u32 Weight_Maopi;s32 Weight_Shiwu;u8 Flag_Error = 0;/校準(zhǔn)參數(shù)/因?yàn)椴煌膫鞲衅魈匦郧€不是很一致，因此，每一個傳感器需要矯正這里這個參數(shù)才能使測量值很準(zhǔn)確。/當(dāng)發(fā)現(xiàn)測試出來的重量偏大時，增加該數(shù)值。/如果測試出來的重量偏小時，減小改數(shù)