I本科生畢業論文（設計）題目基于單片機的智能人體電子秤的系統設計姓名學號院系電氣信息與自動化專業測控技術與儀器指導教師職稱講師2011年月日教務處制基于單片機的人體智能秤摘要隨著微電子技術的應用，市場上使用的傳統稱重工具已經滿足不了人們的要求。為了改變傳統稱重工具在使用上存在的問題，在本設計中將智能化、自動化、人性化用在了電子秤重的控制系統中。本系統主要由單片機來控制，測量物體重量部分由稱重傳感器及A/D轉換器組成，加上顯示單元，此電子秤俱備了功能多、性能價格比高、功耗低、系統設計簡單、使用方便直觀、速度快、測量準確、自動化程度高等特點。本系統以AT89C52單片機為主控芯片，外圍附以稱重電路、顯示電路、A/D轉換電路、鍵盤電路等構成智能稱重系統電路板，從而實現自動稱重系統的各種控制功能。主要通過LCD顯示人體的體重，經鍵盤輸入身高，結合身高與體重的關系來判別并顯示人體的身材。可以說,此設計集稱重、判別身材和時間顯示一體，功能齊全可進行推廣應用，所完成的電子秤很大程度上滿足了應用需求。關鍵詞：液晶顯示；傳感器；單片機III目錄1緒論.12系統設計.22.1設計任務及要求.22.1.1任務.22.1.2要求.22.1.3說明.22.2總體設計方案.22.2.1設計思路.22.2.2方案論證與比較.22.2.3系統組成.73硬件電路的設計.83.1外部電路的設計.83.1.1單片機控制系統.83.1.2單片機與轉換器的接口電路.83.1.3液晶顯示接口電路.103.1.4電源電路.123.1.5鍵盤與單片機接口電路.124軟件設計.144.1主程序的設計.144.1.1系統主程序.144.1.2歡迎模塊.154.1.3測量模塊.164.1.4身材模塊.174.1.5時間模塊.184.1.6鍵盤模塊.195系統測試.錯誤!未定義書簽。5.1測試使用的仿真軟件.錯誤!未定義書簽。5.2測試.錯誤!未定義書簽。5.3顯示時間仿真.錯誤!未定義書簽。5.4顯示體重和身材的仿真.錯誤!未定義書簽。6總結.20致謝.21參考文獻.22附錄1主電路圖.23附錄2源程序清單.2411緒論目前，隨著社會的發展、生活水平不斷提高，人們越來越關注自己的身體健康。許多人由于工作的壓力和不良的飲食習慣，使得身體健康每況愈下，疾病也隨之而來，而在這些人群中，患有肥胖和營養不良的病人居多。為方便人們及時了解自己的體重是否超出或低于標準的體重，在許多公共場合都擺放了人體秤，商場、藥店、馬路旁等隨處可見，給那些由于工作緊張沒有時間到醫院做定期體驗的人們帶來了方便。人體秤已不再是醫院的專用醫療器械，已成為人們生活中不可缺少的一部分。普通人體秤測量身高和體重的結果都是直接用眼睛觀看指針讀取的，由于讀數的方法各不相同、讀數時光線有明有暗等多種原因，使得讀取數據的誤差過大。由于人體秤的使用非常普遍，解決這一問題顯得尤為重要。近年來，隨著科技不斷進步，計算機已滲透到各個領域，單片機已逐漸成為科學技術現代化的重要工具，正在不斷地走向深入。單片機的應用已深入到人類的生活、生產等各種領域。在此基礎上發展起來的由單片機控制的人體稱，比普通人體稱在耐用性、適用環境、讀數的準確度等方面有了很大的提高。智能人體秤經濟、實用，適合在廣大工薪階層推廣。因此，以單片機為控制核心的人體秤，不但提高了讀數的精確度，給人們以直觀的效果，將身材標準與否一并顯示，與普通人體秤的價格相差無幾，逐漸取代傳統的人體秤。22系統設計2.1設計任務及要求2.1.1任務設計一個人體智能秤，要求顯示人體體重、顯示時間、顯示身材。2.1.2要求顯示人體體重、身材以及顯示時間。2.1.3說明（1）人體稱重的范圍定為10KG100KG，身高的范圍為90CM190CM。（2）TJH-2C型稱重傳感器,額定負載為100KG,傳感器電路采用的是單臂電橋,只有一個電阻應變片，與其它型號的相比而言價格便宜。2.2總體設計方案2.2.1設計思路通過TJH-2C重力傳感器對稱重信號進行采集，經INA126將稱重模擬信號進行放大，通過8位的A/D轉換器完成數據采集，再把模擬信號轉換為數字信號輸入MCU，由MCU完成一系列的運算，最后由LCD顯示身材、體重和時間。2.2.2方案論證與比較（1）傳感器模塊方案一：本設計中需要測量的是人體的體重,沒有具體的測量的范圍,所以本系統中我采用TJH-2C型稱重傳感器,它的測量范圍是(0100kg)，適合大多數的人群,如圖2-1為傳感器的原理圖。圖2-1TJH-2C傳感器原理圖稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產生變形時，輸出信號電壓由公式1。Eout=R2*R4/(R2+R4)*(R1/R1+R2/R2+R3/R3+R4/R4)*Ein(公式1)稱重傳感器是影響人體稱測量精度的關鍵部分。選用適當的傳感器，用來感知被測量，當人體站到稱盤上時，重力傳給傳感器，該傳感器發生行變，從而使阻抗發生變化，電橋失去平衡，傳感器輸出一個變化的模擬信號。本系統中采用TJH-2C型稱重傳感器，額定負載為200KG，傳感器電路采用的是單臂電橋電路，只有一個電阻應變片，理想情況下，傳感器輸出信號、放大器輸出信號、A/D轉換輸出信號、人體體重之間的關系基本成線性，放大器的理想放大倍數為327。方案二：采用應變片式壓力傳感器壓力傳感器是現實中采用并使用的比較多的一種傳感器，我們使用的壓力傳感器主要利用壓電效應制造而成的，這種的傳感器也稱為壓電傳感器。應變片壓力傳感器原理如圖2-2：圖2-2應變片壓力傳感器原理圖電阻應變片受力產生形變，使加在應變片電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變片電橋，并通過后續的儀表放大器進行放大，在傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構。因為應變片產生的阻值變化小，所以在測量時，一旦超過量程的上限值就會損壞儀器，而測量人體體重的變化范圍很光。顯然，采用此方案不適合。方案選擇：通過比較，認為本設計相對需要較穩定相對電路簡單的傳感器，這樣可以省下一些時間，因此，選擇了方案一。4（2）前端放大器的選擇方案一：利用普通低溫漂運算放大器構成多級放大器。普通低溫漂運算放大器構成多級放大器會引入大量噪聲。由于A/D轉換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。所以，此中方案不宜采用。方案二：由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器。差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放做成一個差放大器，如圖2-3（OP07）。圖2-3差動放大器原理圖電阻R1、R2電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級的噪聲，C1、C2為普通小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。優點：輸入級加入放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器R6可以調節輸出零點，最后一級可以用于微調放大倍數，使輸出滿足滿量程要求。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應用要求。缺點：此電路要求R3、R4相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。實際測量，每一級運放都會引入較大噪聲。對精度影響較大。方案三：采用專用儀表放大器，如：INA126，INA121等。以INA126為例如圖2-4。圖2-4INA126放大器原理圖此類芯片內部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。放大器增益G=5+80K/Rg，通過改變Rg的大小來改變放大器的增益。方案選擇：綜上所述，選擇方案三比較適合本系統的要求。（3）A/D模塊方案一：雙積分型A/D轉換器：如：ICL7135、ICL7109等。雙積分型A/D轉換器精度高，具有精確的差分輸入，輸入阻抗高，可自動調零，超量程信號，全部輸出于TTL電平兼容。雙積分型A/D轉換器具有很強的抗干擾能力。對正負對稱的工頻干擾信號積分為零，所以對50HZ的工頻干擾抑制能力較強，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產生影響。但是，雙積分型A/D的轉換速度太緩慢了，這樣就無法滿足要低功耗的要求，顯然雙積分型的A/D不適合于本系統的設計。方案二：逐次逼近型A/D轉換器，如：ADS7805、ADS7804等。逐次逼近型A/D轉換，一般具有采樣/保持功能。采樣頻率高，功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型A/D轉換器件。高精度逐次逼近型A/D轉換器一般都帶有內部基準源和內部時鐘，基于89C52構成的系統設計時僅需要外接幾個電阻、電容。方案選擇：作為人體秤，系統對A/D的轉換速度要求適中，精度上8位的A/D足以滿足要求。另外逐次逼近行型A/D轉換器，具有低廉的價格。綜合的分析其優點和缺點，選擇方案二。（4）控制模塊方案一：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實現各種復雜的邏輯功能、規模大、密度高、體積小、穩定性高、IO資源豐富、易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統的處理速度，適合作為大規?？刂葡到y的控制核心。但本系統不需要復雜的邏輯功能，對數據的處理速度的要求也不是非常高，而且從使用及經濟的角度考慮放棄此方案。方案二：采用凌陽公司的16位單片機，它是16位控制器，具有體積小、驅動能力高、集成度高、易擴展、可靠性高、功耗低、結構簡單、中斷能力強等特點。處理速度高，尤其用于語音處理和識別等領域。但是當凌陽單片機應用語音處理和辨識時，由于其占用的CPU資源較多而使得凌陽單片機同時處理其他任務的速度和能力降低。方案三：采用使用Atmel公司的AT89C52作為系統的的主控制器，AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89C52為嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。方案選擇：由于本設計要求不高，采用一般的AT89C52即可完成，所以選擇方案三。（5)鍵盤模塊方案一：采用獨立式鍵盤，它是各鍵盤相互獨立地接到單片機的I/O引腳，每一個按鍵需要占用單片機的一個I/O引腳，這是最簡單的鍵盤結構。但有任何一個鍵按下時，與之相連的輸入數據線即被置為邏輯0（低電平），而平時該數據線上保持為邏輯1（高電平），單片機程序中只要通過查詢與鍵盤相連的I/O腳位即可方便地實現按鍵處理。不過，這種按鍵的缺點是按鍵多時，占用單片機的I/O口線資源。本系統是設計通過人體體重與身高的關系來判別人體健康的程度，所以只需09個數字鍵和一個復位鍵，顯然占用的I/O線資源太多了，在本系統中不適用。方案二：采用并列式鍵盤可以減少占用單片機I/O口的線資源，而在本系統的設計中采用并列式鍵盤4*4，只需要8根I/O口線，并且在鍵盤上分配很合理，可以設置09個鍵、一個復位鍵、小數點。雖然在軟件上完成行列式鍵盤的掃描，編程相對而言很復雜，但這種行列式鍵盤的掃描程序已經有現成的程序可以借鑒，只