基于51單片機(jī)的智能體重秤設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)6400字

1基于51單片機(jī)的智能體重秤設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11緒論 2 2 2 32總體方案 3 4 4 4 5 6 6 74.1編程開發(fā)軟件的介紹 7 74.3程序設(shè)計(jì)思路 8 9 9 9 摘要：本文研究的內(nèi)容是基于51單片機(jī)的智能體重秤。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，人們對自己的體重變得更加關(guān)注，若有一臺(tái)好的體重秤，每天測量體重變化已經(jīng)變的很有必要。傳統(tǒng)體重秤采用儀表設(shè)計(jì)，不僅僅測量時(shí)的誤差較大，而且還存在讀數(shù)不方便，而且體積也比較大，不易攜帶，為此，本設(shè)計(jì)采用STC公司的89C52RC作為MCU,設(shè)計(jì)了一款簡易的體重秤。電路中使用的硬件有單片機(jī)最小系統(tǒng)、LCD1602液晶顯示模塊、HX711模數(shù)轉(zhuǎn)換放大模塊、壓變傳感器，通過電路設(shè)計(jì)與仿真測試，2完成原理圖設(shè)計(jì)，硬件搭建，代碼編寫，最終達(dá)到使用要求。本文說所設(shè)計(jì)的體重秤是一款便攜、易操作、測量精度較高的體重秤。關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)，體重秤，傳感器，AD轉(zhuǎn)換模塊隨著現(xiàn)代社會(huì)的飛速發(fā)展，電子行業(yè)的進(jìn)步，以及集成電路等處理芯片的發(fā)展，給傳統(tǒng)的測量測繪技術(shù)帶來了新的方向，電子測量時(shí)代。對于電子秤行業(yè)來說，更是產(chǎn)生了革命性的影響。電子秤在我們生活中有很多應(yīng)用，交易時(shí)的稱重，體重的測量等，已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)表現(xiàn)出極高的不可缺少性。電子秤的水平?jīng)Q定了一個(gè)企業(yè)，甚至是一個(gè)國家的科技標(biāo)準(zhǔn)。從之前的磅秤、桿秤、臺(tái)秤等器具向電子化發(fā)展，電子秤可以直觀的看出物體的重量，操作簡便。電子體重秤更是取代了市面上常見的指針型體重秤，本次設(shè)計(jì)就是在電子秤的基礎(chǔ)上，通過改良和優(yōu)化電路，減少成本，從而達(dá)到測量體重的目的。電子體重秤是一種新型的體重衡器，可分為家用小型體重秤，精密電子體重秤。電子體重秤相對于傳統(tǒng)的體重秤，具有測量精度變得更高，體積變的更小，在外觀上更加的美觀，結(jié)構(gòu)也變得更簡單。在各個(gè)方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的體重秤，特點(diǎn)更加鮮明?？稍诟鞣N各樣環(huán)境工作，重量信號(hào)可遠(yuǎn)傳，也可直接顯示，可以通過物聯(lián)網(wǎng)模塊將信息傳遞到云端，手機(jī)APP讀取云端的數(shù)據(jù)，通過APP計(jì)算出身體的各項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對自己身體的了解。電子秤的發(fā)展可以概括為傳統(tǒng)的機(jī)械天平式衡器，機(jī)械物理形變測量，到如今的電子測量時(shí)代。電子秤的發(fā)展也決定了體重秤的發(fā)展，現(xiàn)階段體重秤正在向跟智能的方向發(fā)展。設(shè)計(jì)一款電子體重秤由很重要的意義。隨著改革開放以來，人們從“吃得飽”向“吃的好”在轉(zhuǎn)變。大家在吃的時(shí)候更加關(guān)心食物的營養(yǎng)以及脂肪，而很對我們看不到的脂肪，就需要我們通過體重來判斷身體內(nèi)的體脂含量，來確保身體的健康程度。越來越多的年輕人開始減肥，每天都需要進(jìn)行一次體重測量，這就要求測量的精確性要好。電子體重秤的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)測量體重的不精準(zhǔn)，改變了傳統(tǒng)體重秤的笨重。設(shè)計(jì)一款精準(zhǔn)的電子體重秤就能使人們對自身的重量得到了解，從而能3更好的控制飲食?，F(xiàn)在電子產(chǎn)品越來也多，給人們的生活提供很多方便，體重秤作為電子秤的一個(gè)分支在人們的日常生活中扮演著越來越不可或缺的角色。體積變得更小，比傳統(tǒng)體重秤易操作，更易易讀數(shù)，測量精度比傳統(tǒng)體重秤高，耗電比傳統(tǒng)體重秤低的新型51單片機(jī)電子體重秤會(huì)更加受到大眾的關(guān)注。體重是人體健康的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，所以人們對于體重秤的要求也越來越高，從傳統(tǒng)的臺(tái)秤，磅秤到現(xiàn)在高精度，易操作便攜式體重秤，體重秤正隨著人們的要求而不斷自我更新?，F(xiàn)在生活中體重秤有非電子的指針式，還有電子LCD顯示的數(shù)碼顯示式。而現(xiàn)在，大多數(shù)體重秤正在向著全電子化發(fā)展，電子體重秤有著非常廣闊的前景。目前市面上電子秤正在向著更加精準(zhǔn)，更加便攜，更加操作方便發(fā)展，而且還要保證電子秤的成本盡可能的低。電子秤測量精準(zhǔn)是首要條件，在測量精準(zhǔn)的前提下，現(xiàn)在的體重秤在向著只能化發(fā)展，智能電子體重秤有很廣泛的發(fā)展前景。目前電子秤集成的功能有，測量體脂，測骨密度，測量身體水分等。隨著今后的發(fā)展，可以使用更多的傳感器測量血壓，身高等。再通過專用的APP進(jìn)行身體參數(shù)分析，隨時(shí)關(guān)注自己身體健康。我國智能電子體重秤還沒有完全普及，可以猜想，未來中國智能電子體重秤的普及，會(huì)對中國國民身體素質(zhì)產(chǎn)生深刻的影響。硬件，以及相互的結(jié)合功能。以下是整個(gè)流程及各模塊的應(yīng)用分析。設(shè)計(jì)一個(gè)體重秤，第一步需要制作一個(gè)面板，當(dāng)人站在面板上稱重時(shí)，面板下方放置壓力傳感器，壓力傳感器中的壓變片將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓值的范圍在零伏到五伏之間，在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳入89C52單片機(jī)中]。然后單片機(jī)內(nèi)部處理，計(jì)算，在LCD液晶屏上顯示出來，精度要求在0.2KG以內(nèi)，并實(shí)時(shí)顯示體重?cái)?shù)據(jù)，由此可以獲得一個(gè)測量系統(tǒng)，如下圖2.1所示：4體重秤的應(yīng)用系統(tǒng)是由硬件部分和軟件部分組成，硬件是指單片機(jī)、顯示設(shè)備、測量設(shè)備等；軟件是驅(qū)動(dòng)硬件工作的大腦。一個(gè)系統(tǒng)由硬件和軟件相互結(jié)合，協(xié)調(diào)一致才能形成完整的單片機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)該先設(shè)計(jì)硬件再設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)硬件和功能編寫軟件程序，設(shè)計(jì)硬件的時(shí)候應(yīng)該考慮軟件的可執(zhí)行性。本節(jié)詳細(xì)介紹了本設(shè)計(jì)中使用的硬件模塊，為什么選擇此模塊，該模塊的優(yōu)缺點(diǎn)，并在綜合方面對該硬件進(jìn)行取舍。面板再體重秤制作中必不可少，它是一個(gè)設(shè)計(jì)的主要骨架。當(dāng)使用者站在面板上時(shí)，使重力轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫ψ饔迷趬鹤兤希瑢⒅亓π盘?hào)轉(zhuǎn)換成電壓值，才能得到所需的數(shù)據(jù)。因?yàn)榕秩耍萑梭w重相差大，所以電子體重秤面板需要的量程范圍應(yīng)大一些?？紤]到大多數(shù)人的體重分布，最終將范圍定到150KG。而這就要求面板可以承受更大壓力而不損壞。為了使面板的承受能力增強(qiáng)，查閱資料后發(fā)現(xiàn)，增大接觸面積可以降低對面板的相對壓力，因此在制作過程中，盡可能的去增加傳感器與面板的接觸面積。相對于市面上流行的亞克力板，我選擇木板座位此次體重秤的面板，并且木板價(jià)格相對于亞克力板來說更加低廉，也節(jié)約了成本?？紤]到木板要承受150KG的重力，所以木板的厚度應(yīng)該偏厚一點(diǎn)。經(jīng)過反復(fù)對比，我最終選擇了1CM厚的三合板，它能滿足本實(shí)驗(yàn)的全部要求。3.2壓力傳感器模塊介紹體重秤傳感器必須滿足量程在159KG內(nèi)，并且精度不能太低。對于某些體重輕的人，如兒童和小孩，他們的體重只有十幾千克甚至不足十千克，而有些胖人，他們的體重甚至達(dá)到100KG以上。這就要求傳感器輸出電壓的分辨率在1MV,而且要求傳感器具有良好的線性變化度，遲滯性和蠕動(dòng)性良好2]。經(jīng)過對傳統(tǒng)傳感器的比較，我選擇了YZC-161E型號(hào)壓變傳感器，單只量程50KG,四只通過橋接可5達(dá)200KG的量程，一般為了防止朝中損壞，設(shè)置為150KG的量程，基本滿足本設(shè)計(jì)要求。除此之外，傳感器應(yīng)該滿足靈敏度飄逸足夠小，也就是隨著外界溫度變化，傳感器輸出電壓不會(huì)相差太大。本次傳感器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下表項(xiàng)目要求。名稱%%%%.f.s/℃本設(shè)計(jì)選用HX711放大轉(zhuǎn)換模塊，此模塊可用兩路選擇差分輸入，芯片內(nèi)部塊出廠時(shí)已將所有芯片內(nèi)部程序燒錄進(jìn)芯片，后續(xù)無需再編程。同步抑制50hz和60hz電源干擾，該模塊滿足本設(shè)計(jì)所有要求，因此選擇此模塊。該模塊具體管腳穩(wěn)壓電路電源1數(shù)字電源穩(wěn)壓電路控制輸出2輸出數(shù)據(jù)速率控制輸入3外部時(shí)鐘或晶振輸入穩(wěn)壓電路控制輸入4晶振輸入模擬地5串口數(shù)據(jù)輸出參考電源輸出6斷電和串口時(shí)鐘輸入通道A負(fù)輸入端7通道B正輸入端通道A正輸入端89通道B負(fù)輸入端6如圖3.2所示。3.4單片機(jī)處理器處理器現(xiàn)在市場上可選擇的處理器有很多種，比如STC公司的89C51系列，ST公司單片機(jī)種類繁多，五花八門。經(jīng)過比較和篩選，最終我選擇STC公司的89C52RC這款單片機(jī)，51單片機(jī)是一款常用的低功耗型高性能的微控制器，此款單片機(jī)是單片機(jī)程序4]。此款單片機(jī)還具有32位I/O接口，看門狗，定時(shí)器，內(nèi)置4KB用了PDIP-40封裝，工作溫度范圍為-40~+85攝氏度，滿足本設(shè)計(jì)所有要求，并且STC89C52可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式，所以采用此款單片機(jī)，該單片機(jī)的引腳圖如圖3.3所示6I7J[8]。XTAL123i9圖3.351單片機(jī)引腳圖3.5設(shè)計(jì)中所使用的顯示模塊本設(shè)計(jì)可選用的顯示器模塊有很多，如0,96寸OLED屏幕，串口屏，TFT屏幕，LCD1602等?？紤]到體重秤數(shù)值變化需要低延時(shí)，而OLED顯示屏雖然顯示效果好，但是還有一定延時(shí)，所以排除此顯示屏。而串口屏接線簡單，顯示延遲低，且顯示效果好，但市面上串口屏價(jià)格偏貴，不適合本次設(shè)計(jì)，而TFT屏幕價(jià)格合7適，但是接線及程序編寫存在難度，穩(wěn)定性不好，最終選擇LCD1602屏幕，該程到70攝氏度，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所以選擇此模塊。們使用的語言是C語言，該語言在20年計(jì)算機(jī)語言排行榜中，長期穩(wěn)居前二名，變得更加美化?？梢栽贙eil軟件中對所寫的程序進(jìn)行單步調(diào)試，可以看出程序邏單片機(jī)所能識(shí)別的匯編語言代碼，再通過STC-I4.2整體系統(tǒng)的流程圖本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)來處理數(shù)據(jù)，首先必須安裝單片機(jī)開發(fā)工具，89c52單片機(jī)使用的是KeilC51版本，在電腦上安裝軟件后建立工程文件，加.C空白程序，開始編寫代碼。本設(shè)計(jì)主要編寫數(shù)據(jù)采集和AD放大芯片的驅(qū)動(dòng)手動(dòng)調(diào)整偏差值，然后在89C52單片機(jī)中進(jìn)行處理，最后編寫LCD顯示屏的驅(qū)動(dòng)程序，并在LCD顯示屏上顯示剛處理過的數(shù)據(jù)。在主函數(shù)中，對各個(gè)模塊進(jìn)行初8是否LCD液晶顯示4.3.1顯示屏程序設(shè)計(jì)控制芯片基本是相同的，因此，使用該控制芯片所寫的控制程序可以移植到大部分其他型號(hào)字符液晶模塊上使用。顯示模塊外接有14個(gè)引腳或者接有16個(gè)引腳，多出來的兩條線是背光電源線VCC和底線GNG,其控制原理與14腳的完全一樣，定義如下圖4.2所示12]。LCD通過初始化，再進(jìn)行調(diào)用顯示函數(shù)，就會(huì)在顯示屏上顯示對應(yīng)的數(shù)字或字符。4.3.2主控單片機(jī)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的大腦，單片機(jī)的程序格外關(guān)鍵。單片機(jī)首先需要進(jìn)行LCD1602的初始化，然后獲得毛皮重量，這個(gè)重量是面板上的所有東西及面板作9在死循環(huán)中一直讀取傳感器發(fā)送過來的值，如果傳感器發(fā)送失敗，那么會(huì)在LCD1602上顯示error字樣。如果接收正確，那么會(huì)對數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值的操作，連續(xù)5次數(shù)的平均值會(huì)被看作有效值，有效值會(huì)顯示在LCD屏幕上。5系統(tǒng)組裝與調(diào)試5.1系統(tǒng)的供電電路設(shè)計(jì)慮到整個(gè)系統(tǒng)中沒有大功率的元器件，所以可以將所有5V供電接到同一電源上。本設(shè)計(jì)采用充電寶所轉(zhuǎn)化出的5V電壓，將充電寶轉(zhuǎn)化的電壓通過DC線連接到單路設(shè)計(jì)如圖5.1所示。單片機(jī)芯片，和RES連接的復(fù)位電路，和XTAL1,XYAL2連接的晶振電路，51單分頻，作為單片機(jī)的機(jī)器周期。晶振電路接線到51單片機(jī)上的2個(gè)晶振專用引腳成一個(gè)自激振蕩器。復(fù)位電路：復(fù)位電路的功能是在單片機(jī)啟動(dòng)過程中，確保單片機(jī)的起始狀態(tài)是復(fù)位狀態(tài)，在單片機(jī)運(yùn)行過程中，如果想回到初始狀態(tài)，可以直接按復(fù)位電路上的按鈕來復(fù)位。P17 P24P2389貴-gTXDP31P00P061234567Cp-5.3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)電子秤中只對一個(gè)應(yīng)變片測量其模擬電壓值即可，但是體重秤使用了四個(gè)壓力傳感器，我們需要對四個(gè)壓力傳感器輸出的電壓進(jìn)行合并。電路中最常用的方法就是將四個(gè)電路通過橋接在一起，再通過測量對端的電壓來確定四個(gè)應(yīng)變片感受到的壓力。電阻型的壓變片是通過將不可測的壓力轉(zhuǎn)換為可以測量的電壓，一般這個(gè)電壓都很小，重量發(fā)生改變時(shí)，電壓變化的更微小，所以需要放大電路對電壓進(jìn)行放大。圖5.3是體重秤所使用的電橋電路，E是供電輸入：5.4系統(tǒng)調(diào)試6結(jié)束語變的很有必要。傳統(tǒng)體重秤采用儀表設(shè)計(jì)，不僅僅測量時(shí)的誤差較大，而且還存在讀數(shù)不方便，而且體積也比較大，不易攜帶，因此本需要一款便攜、易操作、測量精度高的體重秤。本設(shè)計(jì)采用STC公司的89C52RC作為MCU,設(shè)計(jì)了一款簡易的體重秤。電路中使用的硬件有單片機(jī)最小系統(tǒng)、LCD1602液晶顯示模塊、HX711模數(shù)轉(zhuǎn)換放大模塊、壓變傳感器，通過電路設(shè)計(jì)與仿真測試，完成原理圖設(shè)計(jì)，硬件搭建，代碼編寫，最終達(dá)到使用要求。[3]郭永貞，《數(shù)字電子技術(shù)》[M]西安電子科技大學(xué)出版社2000[131及力.《Protel99SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程》[MI電子工業(yè)出版社.2004.c34789旺346251附錄2:總體原理圖電池x傳感器NNANPBNNB附錄3主要程序代碼：eunsignedlongWeight_Naopi=0;longTeight_ShiwbitFlaE_ERRO//因?yàn)椴煌膫鞲衅魈匦郧€不是很一致，因此，每一個(gè)傳感器需要矯正這里這個(gè)參數(shù)才能使測量值很準(zhǔn)確。//當(dāng)發(fā)現(xiàn)測試出來的革量偏大時(shí)，增加該數(shù)值.//如果測試出來的籃量傅小時(shí)，減小改數(shù)值.//主函數(shù)Send_Word("Weloometouse!\n);Send_Word("M