数字身高体重测量仪毕业设计论文

数字身高体重测量仪毕业设计论文内容摘要：

单片机， 12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可以任意选择 [2]。 主要特性如下 [3]： ： ～ （ 5V单片机） /～ （ 3V单片机） 8051单片机， 6 时钟 /机器 周期和 12 时钟 /机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统 8051. ： 0～ 40MHz，相当于普通 8051的 0～ 80MHz，实际工作频率可达 48MHz 512字节 RAM 8K字节 EEPROM 功能 7. ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（ RxD/,TxD/）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 I/O口（ 32个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口 /弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。 3 个 16位定时器 /计数器。 即定时器 T0、 T T2 4 路，下降沿中断或低电平触发电路， Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 7 ： 40～ +85℃（工业级） /0～ 75℃（商业级） （ UART），还可用定时器软件实现多个 UART 14. PDIP 封装 其管脚定义如图 所示。 图 STC89C52 管 脚图 超声波测高模块电路 超声波传感器及其测高原理 超声波是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差 t,然后求出距离 S=Ct/2，式中的C 为超声波波速。 利用超声波测高前先用超声波测出发射头与地面的高度 H1 并存入单片机，然后将被测物体移入测量区内测得上表面距离 H2，用单片机算出两者之差就是被测物体的实际高度。 超声波测高系统原理如图 所示。 8 图 超声波测高原理图 我们使用的是模块化的超声波 HCSR04测距， HCSR04超声波测距模块可提供 2cm400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路 [4]。 其 基本工作原理如下： (1)采用 IO 口 TRIG触发测距，给至少 10us的高电平信号。 (2)模块自动发送 8个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回； (3)有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声 波从发射到返回的时间。 测试距离 =(高电平时间 *声速(340M/S))/2。 超声波传感器电气参数及其时序图 超声波测距模块 电气参数如下表 ： 9 表 电气参数 超声波时序图如图 ： 图 超声波时序图 以上时序图表明我们只需要提供一个 10uS 以上的脉冲触发信号，该模块内部将发出 8个 40KHZ周期电平并检测回波。 一旦检测到有回波则输出回响信号。 回响信号的脉冲宽度与所测得距离成正比。 由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。 在本设计中单片机的 脚提供一个 16us的高电平给 TRIG口，通过模块自动测距接受 ECHO的回响高电平信号给 ，因此用 ECHO高电平持 续时间 t/58 就是超声波测得的距离 S（ cm）。 10 HCSR04 模块实物图如图 ： 图 HCSR04模块 压力传感器称重模块 压力传感器 称重传感器采用 200kg的应变 式压力称重传感器 YZC1B，其内部 为 4 个应变片构成的电桥形式。 其 测量原理如图 所示。 当垂直正 压力 P 作用于梁上时，梁产生形变， 图 传感器受力工作原理 电阻应变片 R R2受压弯拉伸，阻值增加； R R4 受压缩，阻值减小。 电桥失去平衡，产生不平衡电压，不平衡电压与作用在传感器 上的载菏 P 成正比，从而将非电量转化成电量输出 [5]。 R R R3 和 R4 组成惠更斯电桥，将 2对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压，其工作原理如图 所示。 11 图 测量电桥原理 传感器实物图如下图所示： 图 称重传感器 称重 AD 转换芯片 HX711 是一款专为高精度称重传感器而设计的 24 位 A/D 转换器 12 芯片。 与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点、降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。 该芯片与后端 MCU 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。 输入选择开关可任意选取通道 A或通道 B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。 通道 A 的可编程增益为 128 或 64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为177。 20mV或177。 40mV。 通道 B 则为固定的 64增益，用于系统参数检测 [6]。 芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。 芯片内的时钟振荡器不需要任何外接部件。 上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。 图 HX711 芯片应用于体重测量的一个参考电路图。 该方案使用内部时钟振荡器 (XI=0)， 10Hz 的输出数据速率 (RATE=0)。 电源（ ～ ）直接取用与 MCU 芯片相同的供电电源。 通道 A 与传感器相连，通道 B通过片外分压电阻与电池相连，用于检测电池电压。 图 HX711外部管脚图 HX711 主要电气参数如表。 13 表 HX711电气参数表 参数 条件及说明 最小值典型值最大值 单位 满额度差分输入范围 V（ inp） V(inn) 177。 (AVDD/GAIN) V 输入共模电压范围 AGND+ V 输出数据速率 使用片内振荡器， RATE=0 10 Hz 使用片内振荡器， RATE=DVDD 80 外部时钟或晶振， RATE=0 fclk/1,105,920 外部时钟或晶振， RATE=DVDD fclk/138， 240 输出数据编码 二进制补码 800000 7FFFFF(HEX) 输出稳定时间（ 1） RATE=0 400 mv RATE=DVDD 50 输入零点漂移 增益 =128 增益 =64 输入噪声 增益 =128， RATE=0 50 nV(rms) 增益 =128， RATE= DVDD 90 温度系数 输入零点漂移（增益 =128） 177。 7 nV/℃ 增益漂移（增益 =128） 177。 3 ppm/℃ 输入共模信号抑制比 增益 =128， RATE=0 100 dB 电源干扰抑制比 增益 =128， RATE=0 100 dB 输出参考电压（ VBG） V 外部时钟或晶振频率 1 30 MHz 电源电压 DVDD V AVDD,VSUP 模拟电源电路 （含稳压电路） 正常工作 1600 uA 断电 数字电源电路 正常工作 100 uA 断电 称重部分 AD 转换基本原理 如图 HX711内部方框图， HX711可以在产生 VAVDD和 AGND电压，即 711模块上的 E+和 E电压。 该电压通过 VAVDD=VBG(R1+R2)/R2计算。 VBG 为模块儿基准电压 =20K,R2=，因此得出VAVDD=。 在 的供电电压下 200Kg 的传感器最大输出电压是*2mV/V= ， 经 过 128 倍 放 大 后 ， 最 大 电 压 为*128=。 经过 AD 转换后输出的 24bit 数字值最大为：*2^24/≈ 2147483。 14 假设重力为 AKg，（ A200Kg） ,测量出来的 AD值为 器输出，发送给 AD 模块的电压为 AKg*，经过128 倍增益后为 128*= mV， 转换为 24bit 数信号为 mV*2^24/ ≈ ，所以 y=≈ ，得出 A=y/。 所以程序中 AD转换公式为： Weight=(unsigned int） (float)Weight/215 图 HX711内部方框图 现附录 HX711 接口电路图 如下 [7]： VSUP1BASE2AVDD3VFB4AGND5VBG6INNA7INPA8INPB9INNB10PD_SCK11DOUT12XO13XI14RATE15DVDD16HX7110R9NM0R8NM0R5NM0R6NMR220KR1100R3100R40R7NMQ590121uFC31uFC2C410uFC1123456P11234P2 图 HX711接口电路图 15 称重传感器重量标定 为了检验称重传感器测量值与实际重量之间的误差，我对称重传感器进行了重量的标定。 用不同重量的砝码置于称重传感器上，观察测量出来的数据并进行记录，制成图 的曲线图，以及表 所示实际重量与测量显示值得对比表格。 020406080100120140 图 重量标定曲线图 表 对比表 实际重量（ kg） 0 2 3 10 20 30 40 50 60 70 显示值（ kg） 0 1 3 10 20 30 40 50 60 70 实际重量（ kg） 80 90 100 110 120 130 140 160 180 200 显示值（ kg） 80 90 99 109 120 129 138 158 178 197 由标定的曲线图可以看出， YZC1B 称重传感器在 3kg 以内称重值不稳定，在 3kg150kg内测量出的称重值与实际值基本上相同。 因为人体正常体重都是位于这一段内，所以称重传感器能基本满足适用要求。 16 LCD1602 液晶显示模块 LCD1602 介绍 1602液晶也叫 1602字符型液晶 ， 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等点阵型液晶 模块它有若干个 5*7 或者 5*11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。 每位之间有一个点距的间隔 ， 每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用。 1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。 目前市面上字符液晶绝大多数是基于 HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶 [10]。 图 1602显示电路 17 LCD1602 主要技术参数及其时序图 显 示容量 :162 个字符 芯片工作电压 :— 工作电流 :() 模块最佳工作电压 : 字符尺寸 :(WH)mm 其引脚功能见表 所示： 表 1602引脚接口说明表 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读 /写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 第 1 脚： VSS为地电源。 第 2 脚： VDD接 5V正电源。 第 3 脚： VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生 “ 鬼影 ” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 18 第 4 脚： RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器 ，在单片机中连接 脚。 第 5脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS和 R/W共同为低电平时可以写 入指令或者显示地址，当RS为低电平 R/W为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据 ，在单片机中连接 脚。 第 6脚： E端为使能端，当 E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令 ，在单片机中连接。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8位双向数据线 ，在单片机中连接 P0 口。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 1602 读写操作时序如图 [8]： 图 读操作时序 图 写操作时序 19 3 系统软件设计 单片机初始化程序设计 本设计的软件编译环境为 Keil uVision4，这种编译环境支持 C。