家用智能體重身高測量儀

1、曹江 家用智能身高體重測量儀123數(shù)據(jù)采集處理顯示輸出11控制器控制器控制器我們主要采用AT89c52單片機(jī)，該單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的身高體重測量系統(tǒng)傳感器傳感器數(shù)據(jù)采集處理數(shù)據(jù)采集處理A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器換器（2）超聲波傳感器采用超聲波探T/R40-10和CX20106A發(fā)射和接收40KHZ的超聲波。稱重部分放大電路選用電阻應(yīng)變稱重部分放大電路選用電阻應(yīng)變式傳感器式傳感器 應(yīng)變片式傳感器應(yīng)變片式傳感器 有如下特點(diǎn)：應(yīng)用和測量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器。分辨力和靈敏度高，精度較高。結(jié)構(gòu)輕小，對試件影響

2、小， 對復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。商品化，使用方便，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動化測量。 直流電橋的特點(diǎn)是信號不會受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。 傳感器傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 接收原理：當(dāng)CX20106A 接收到40KHz（發(fā)射頻率和解制必須一致）信號時(shí)，會在第7腳產(chǎn)生一個(gè)低電平下降脈沖，這個(gè)信號可以接到單片機(jī)的外部中斷引腳作為中斷信號輸入用于計(jì)算時(shí)間差。在實(shí)際調(diào)試的時(shí)候只關(guān)心芯片的7腳在收到信號是是否有一個(gè)下降沿產(chǎn)生。在本電路的調(diào)試中，如果一直發(fā)射超聲波，在7腳將會有周期的低電平

3、產(chǎn)生。不會像通常認(rèn)為的那樣，即一直發(fā)射信號時(shí)，7腳一直為低電平。這是剛用CX20106時(shí)的一個(gè)常見錯(cuò)誤。只要通過單片機(jī)來來計(jì)算發(fā)射信號時(shí)到收到信號是產(chǎn)生下降沿這段時(shí)間的長度，再通過數(shù)學(xué)計(jì)算，轉(zhuǎn)化為距離，然后在顯示器上顯示。ADC0804：8位 A/D 精度：100Kg/256=386g系統(tǒng)對A/D的轉(zhuǎn)換速度要求適中，精度上8位的A/D足以滿足要求。另外逐次逼近行型A/D轉(zhuǎn)換器，具有低廉的價(jià)格。綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)選擇上述元器件。工作電壓：5V，即VCC5V。模擬輸入電壓范圍：05V，即0Vin5V。分辨率：8位，即分辨率為1/28=1/256，轉(zhuǎn)換值介于 0255之間。 轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us

4、（fCK640KHz時(shí)）。轉(zhuǎn)換誤差：1LSB。參考電壓：2.5V，即Vref2.5V。 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)身高部分體重部分顯示部分工作原理工作原理放大電路放大電路A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路稱重部分的工作原理稱重部分主要由稱重傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換、顯示四部分組成，模擬信號通過稱重傳感器輸入，然后經(jīng)過放大電路放大后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換存放到控制單元，再由控制部分和顯示電路驅(qū)動顯示。放大電路的設(shè)計(jì)要考慮到抗干擾設(shè)計(jì)。稱重原理框圖如圖所示。LED顯示模塊顯示模塊測體重傳測體重傳感器感器放大電路放大電路A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換AT89S52(1)運(yùn)放我們采用德州儀器公司的INA331，我們利用它的一個(gè)雙電

5、源的典型放大電路進(jìn)行對輸入的信號進(jìn)行放大。INA331家族提供低功耗，低噪聲干擾，INA331內(nèi)部自帶5倍增益，也可提供靈活的增益通過選擇外部電阻。其原理連接圖如右圖所示：INA331的增益通過R1，R2來調(diào)節(jié)：Vout=（V（in+）-V（in-）*GG=5+5（R2/R1）（2）A/D轉(zhuǎn)換電路 ADC0804是一款8位CMOS連續(xù)近似的A/D轉(zhuǎn)換器，高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出,提供邏輯電平輸出能夠和單片機(jī)很好的連接，訪問時(shí)間135us，6腳為信號的輸入端，5腳提供中斷信號，CS、RD、WR為控制端口，DB0DB7為輸出端口其原理連接圖如右圖所示。測量身高部分測量身高部分超聲波測距原理超聲波測距原理顯示

6、部分顯示部分超聲波測身高距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)超聲波測身高距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)測量身高部分測量身高部分超聲波測距原理超聲波測距原理顯示部分顯示部分超聲波測身高距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)超聲波測身高距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)超聲波測距原理超聲波測距原理超聲波測距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：液位、井深、管道長度等場合。它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(shí)間差t,然后求出距離S=Ct/2，式中的C為超聲波波速。 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立

7、即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2 超聲波測身高距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)超聲波測身高距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)，單片機(jī)選用AT89S52，經(jīng)濟(jì)易用。電路原理圖如圖所示。發(fā)射電路接收電路具體步驟具體步驟（1）40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射 （2）超聲波的接收與處理 （3）計(jì)算超聲波傳播時(shí)間 （1）40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射 測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號，單

8、片機(jī)執(zhí)行一段程序后，在P1.0 端口輸出一個(gè)40kHz的脈沖信號，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭T40-10 ，發(fā)出40kHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。 （2）超聲波的接收與處理 .當(dāng)CX20106A 接收到40KHz（發(fā)射頻率和解制必須一致）信號時(shí)，會在第7腳產(chǎn)生一個(gè)低電平下降脈沖，這個(gè)信號可以接到單片機(jī)的外部中斷引腳作為中斷信號輸入用于計(jì)算時(shí)間差。適當(dāng)改變C14的大小，可改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。R1和C1控制CX20106A內(nèi)部的放大增益，R2控制帶通濾波器的中心頻率。一般取R14=4.7，C14=1F。Speaker這里相當(dāng)于超聲波接收頭，當(dāng)收到超聲波時(shí)產(chǎn)生一個(gè)下

9、降沿，接到單片機(jī)的外部中斷INT0上。（3）計(jì)算超聲波傳播時(shí)間 在啟動發(fā)射電路的同時(shí)啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0端產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。具體步驟具體步驟（1）40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射 （2）超聲波的接收與處理 （3）計(jì)算超聲波傳播時(shí)間 （1）40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射 測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號，單片機(jī)執(zhí)行一段程序后，在P1

10、.0 端口輸出一個(gè)40kHz的脈沖信號，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭T40-10 ，發(fā)出40kHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。 （2）超聲波的接收與處理 .當(dāng)CX20106A 接收到40KHz（發(fā)射頻率和解制必須一致）信號時(shí)，會在第7腳產(chǎn)生一個(gè)低電平下降脈沖，這個(gè)信號可以接到單片機(jī)的外部中斷引腳作為中斷信號輸入用于計(jì)算時(shí)間差。適當(dāng)改變C14的大小，可改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。R1和C1控制CX20106A內(nèi)部的放大增益，R2控制帶通濾波器的中心頻率。一般取R14=4.7，C14=1F。Speaker這里相當(dāng)于超聲波接收頭，當(dāng)收到超聲波時(shí)產(chǎn)生一個(gè)下降沿，接到單片機(jī)的外部中斷

11、INT0上。顯示部分顯示部分在本設(shè)計(jì)中通過軟件來控制顯示，單片機(jī)先處理稱重?cái)?shù)據(jù)后顯示稱重結(jié)果，在顯示時(shí)通過軟件置數(shù)使顯示身高程序終止，當(dāng)稱重結(jié)果顯示一定時(shí)間后再顯示測量身高結(jié)果，對于多位數(shù)碼管顯示的實(shí)現(xiàn)，最常用的認(rèn)識方法是掃描法。給P0口接上拉電阻后連接到鎖存器，采用動態(tài)掃描的方式顯示出來。當(dāng)工作時(shí)，每次只點(diǎn)亮一位數(shù)字進(jìn)行顯示，延遲一小段時(shí)間后再點(diǎn)亮下一位數(shù)字進(jìn)行顯示，因?yàn)槿藗円曈X暫留的現(xiàn)象，而感覺4位數(shù)字同時(shí)被點(diǎn)亮。P0P7口同時(shí)接三片鎖存器的輸入端，再用其中的一片和另外兩片的I/O口分別控制數(shù)碼管的段選和位選。Q1Q8為74hc573的輸出端，連接到數(shù)碼管的位選控制端實(shí)現(xiàn)每一位的顯示，而K

12、1K8連接到數(shù)碼管的段選控制端實(shí)現(xiàn)顯示的哪一位，最終將結(jié)果顯示出來，如圖所示。 軟件設(shè)計(jì)部分軟件設(shè)計(jì)部分稱重部分稱重部分身高部分身高部分顯示部分顯示部分成功完成成功完成稱重部分軟件設(shè)計(jì)稱重部分軟件設(shè)計(jì)稱重部分程序（A/D采集）void delay(int z) /延時(shí) int x; for(x=0;x0;z-); void display(uint qian,uint bai,uint shi,uint ge);/*=*/void main() cs=0; wr=1; rd=1; intr=1; while(1) /AD采集 cs=0; wr=1; rd=1; wr=0; delay(1);

13、wr=1; delay(1); rd=0; temp=P1; rd=1; num=temp*100;/數(shù)據(jù)處理 volt=(num/256)*5; mass=(volt-78)/2*55; q=mass/1000; b=mass%1000/100; s=mass%100/10; g=mass%10; display(q,b,s,g); /顯示 測體重入口參數(shù)初始化轉(zhuǎn)換存儲參數(shù)初始化返回測量身高部分軟件設(shè)計(jì)測量身高部分軟件設(shè)計(jì)測身高入口定時(shí)中斷子程序有回波嗎？外部中斷子程序返回NY定時(shí)中斷入口定時(shí)器初始化發(fā)出超聲波時(shí)間到停止發(fā)射返回外部中斷入口關(guān)外部中斷讀取時(shí)間值計(jì)算距離結(jié)果輸出關(guān)外部中斷返回測

14、量身高主程序流程圖測量身高部分程序設(shè)計(jì)測量身高部分程序設(shè)計(jì) void hextobcd(unsigned char m) /將count十六進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為LED七段碼 unsigned char temp; temp=m%10; ledbuff0=tab1temp;/mm位 m=m/10; temp=m%10; ledbuff1=tab1temp;/lm位 temp=m/10; ledbuff2=tab2temp;/m位 void display3led(void) /數(shù)碼管顯示 unsigned char i; for(i=0;i3;i+) PORTD=ledbuff; PORTC=(1i)

15、;/PC0-mm位，PC1-lm位，PC2-m位 delay_1ms(); PORTC=(1i); void display8led(void) /8LED顯示 if(newcount10) PORTD=0XFE; else if (newcount20) PORTD=0XFD; else if (newcount30) PORTD=0XFB; else if (newcount40) PORTD=0XF7; else if (newcount50) PORTD=0XEF; else if (newcount100) PORTD=0XDF; else if (newcount180) PORT

16、D=0XBF; else PORTD=0X7F; 顯示部分程序設(shè)計(jì)顯示部分程序設(shè)計(jì)高顯示為“身高”樣式漢字與測量數(shù)據(jù)(三位)。體重現(xiàn)示為“體重”樣式漢字與測量數(shù)據(jù)（四位）。 顯示部分部分源程序：；位定義SID BIT P1.0 ；串行數(shù)據(jù)線SCLK BIT P1.1 ；串行時(shí)鐘線；內(nèi)存數(shù)據(jù)定義START EQU 80H ；起始字節(jié)COM EQU 81H ；命令/數(shù)據(jù)HDATA EQU 82H ；命令/數(shù)據(jù)字節(jié)高位LDATA EQU 83H ；命令/數(shù)據(jù)字節(jié)低位ASC EQU 84H ；ASCII數(shù)據(jù)單元初始化子程序：INILCM：LCALL DL40MS ；延時(shí)等待內(nèi)部復(fù)位MOV COM，#80H ；使用8位控制界面LCALL WRITEMOV COM，#80H ；使用基本指令集LCALL WRITEMOV COM，#0CHLCALL WRITE ；整體顯示ONMOV DL1MSMOV COM，#01H ；清屏LCALL WRITELCALL DL40MSMOV COM，#06H ；顯示右移LCALL WRITELCALL DL1MSRET模塊寫入子程序：WRITE：MOV A，COM ；送待發(fā)數(shù)據(jù)命令A(yù)MOV A，#0F0H ；屏蔽低4位MOV HDATA，A ；將高4位送H