数字身高体重测量仪毕业设计

温柔似野鬼°
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2021年02月09日 14:06
最佳经验
本文由作者推荐

有道理的爱情-

2021年2月9日发(作者：专业学习经历怎么写)


。





































学科分类号





0805














本



科



毕



业



设



计





题目


（< /p>


中文


）


：




体重及超声波远距测高仪


---- -


体重检测



（英

< p>
文）


：


Weight and ultrasonic distance altimeter


















-----weight detection
















姓



名






学






号







院



（系）




工程与设计学院




专


业


、


年


级





指


导


教< /p>


师













陈


兆


仁





















-


可编辑修改


-


。




二〇一四年



五月



湖南师范大学本科毕业设计诚信声明




本人郑重声明：


所呈交的本科毕业设计，


是本人在指导老师的指


导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争 议，


除设计中已经注明引用的内容外，


本设计不含任何其他个人 或集体已


经发表或撰写过的作品成果。


对本设计的研究做出重要 贡献的个人和


集体均已在文中以明确方式标明。


本人完全意识到 本声明的法律结果


由本人承担。









本科毕业设计作者签名：




二〇一四年



五



月



二十



日





-


可编辑修改


-


。



湖南师范大学本科毕业设计任务书



毕业设计题目




作



者



姓



名









体重及超声波远距测高仪


-----


体重检测





所属院、专业、



年



预计字数



指导教师姓名、


职称






陈兆仁



高工



选题的目的和意义


:



7000



开题日期



2014.1.11



在人类文明的历 次产业革命中，


传感技术一直扮演着先行官的重要角色，


它是贯 穿


各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传


感器是世界各国发展最快的产业之一，


在各国有关研究、


生产、


应用部门的共同努力下，


传感器技术得 到了



飞速的发展和进步。但限于目前的技术水平，人们可以具 体利用的


传感器技术还十分有限，


因此，


这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领


域，而体重及超声波远距测高仪 就使用了传感器技术。



随着人们生活水平的提高，

< p>
超声波身高体重测量仪在快速体检领域广泛应用，


随着

智能化，现代化，机器人技术的发展，超声波身高体重测量仪在人体成长分析，人体发


育，身体素质方面的综合测评中起到很大的作用。随着环境的恶化，人们生活压力的增


大，人们的健康状况不断恶化，每个人都更加注重自身的身体状况，根据市场的要求，


各 地的体检中心如雨后春笋般发展壮大，对高质量，快速体检要求越来越高。本选题所


设计 的超声波身高体重测量仪在测量时不仅可以测量身高体重，


同时还可以进行体温测


量和指纹识别，它能全自动测量人的身高体重，并且根据你的营养状态，及在你现在的


身高体重下，您的正常体重范围，使你对自己的生长状况一目了然，更好更合理的搭配

< p>
自己的饮食，健康的成长。



展望未来，体重及超 声波远距测高仪会有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高


精度的方向发展，未来的体 重及超声波测高仪将与自动化、智能化接轨，形成具有


多种功能的仪器。随着技术的进步 ，体重及超声波远距测高仪将在未来发挥更大的


作用。




-


可编辑修改


-


。



主要研究内容：







超声波 测身高的原理是利用超声波的发射和接受，


根据超声波传播的时间来计算出


传播距离。实用的测身高方法有两种，一种是在被测身高离的两端，一端发射，另一端


接收的直接波方式，


适用于身高计；


一种是发射波被物 体反射回来后接收的反射波方式，


适用于测身高仪。


此次设计采 用反射波方式。


其次便是利用压力传感器对人体体重的测


量以及 在显示屏上进行显示。




应达到的技术指标或要求：



超声波测 高精度±


1cm


，测量范围


2cm-4 m


称重精度


1kg


，测量范围


1kg-200kg


要求测量准确，能同时在显示屏上显示出来。



主要设计方法或技术路线：



1.


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

< p>
H2


，用单片机算出两者之差就是被测物体的实际


高度。



2.


可以通过把超声波测高与 称体重集中于一体来测量人体身高与体重，


再根据得出的数


据自 动计算出肥胖指标。



3.


体重测量则 是将压力信号转化成为电信号后通过放大电路与转换电路将被测量物体


的体重显示出来。





完成本课题应具备的环境（软件、硬件）

：




软件：


Keil uVision4


硬件：


51


单片机开发板、


STC89 C52RC


芯片



-


可编辑修改


-


。



各阶段任务安排：



2014


年


1


月






完成开题报告与准备工作，确立设计方案


2014


年


2


月

< br>





程序编写完成软件设计与相应的硬件设计


2014


年


3


月

< br>





进行系统调试与进一步的完善系统



2 014


年


4


月






整理毕业设计的相关资料，完成毕业论文


2014


年


5


月

< br>





毕业设计答辩



-


可编辑修改


-


。



主要参考资料：



1.


《传感器与检测技术》






宋文绪








高等教育出版社






2004


2.


《


传


感


器原


理


与


应用


课


程


设


计


指南


》



何


金


田



张


斌



哈


尔滨


工


业


大


学


出版


社





2009


3.


《传感器设计基础——课程设计与毕业设计指南》




单成祥



，牛彦文，张春








国防工业出版社




2007


4.


红外温度传感器的设计与实现




陈远金，程永进，吴雄伟





《红外》期刊






2006


5.


超声波高度测量器的设计




楼然苗




《微计算机信息》期刊





2006


6.


智能压力传感器的设计







李国玉






河北工业大学











2004


7.


知网



指导教师意见：


































































-


可编辑修改


-


。



指导教师签名


:





-


可编辑修改


-


。



开




题




报




告




会




纪




要



时间



与



会



人



员









姓




名



职务（职称）



姓




名



地点




姓




名



职务（职称）



职务（职称）



























会议记录摘要：




























































会议主持人签名：



记录人签名：



年





月







日













负责人签名：





















年




月





日



指


导


小


组


意


见






负责人签名：




年





月





日



学


院


意


见







-


可编辑修改


-


。

























湖



南



师



范



大



学




工程与设计



学院指导教师指导毕业设计情况登记表



论


文


（


设


计


）


题


目



学生姓名



指导教师姓


名



指导时间




体重及超声波远距测高仪


-----


体 重检测




所


属


专


业


、


年< /p>


级



职



称



指



导



内



容




陈兆仁



指


导


地


点



高工























学



历



学


生


签


名



学士



备



注



















































































-


可编辑修改


-


。



湖南师范大学本科毕业设计评审表



毕


业


设


计


题



目



作


者


姓


名


< p>
指


导


教


师



姓


名


、

职


称



< /p>


体重及超声波远距测高仪


-----


体重 检测




所


属


院


、


专


业


、


年


级




陈兆仁



高工



字



数



1000


0



定


稿


日


期



2014.5.1



在如今体 检过程中，


身高和体重是必要的测量部分。


传统的测量方


法是通过压降式的测高和秤盘式称重读数，与传统测量方法相比，本设计采


中



文



摘



要



用超声波非接触式的测高，并由液晶直接显示即时的身高和体重数据。这就

< br>使得该设计具有实时性，能相当快捷的得出身高体重值，给体检过程带来很


大方便 。



本设计是基于单片机


STC89C 52


的测量系统，


包括测高和称重两个模块。

< br>其


中测量身高量程为


2m


，称重 量程为


200kg


，能实现绝大多数测量要求。测


高部分采用超声波测距原理测量，称重部分用称重传感器连接专用称重


AD- HX711


测量重量，由液晶


1602


显示数字数据，实现了智能化测量，使


本设计具有实用价值。



关


键


词



STC89C52



超声波测高




HX711



液晶


1602



-


可编辑修改


-


。




In the examination process, measurement part is necessary for


height


and


weight.


The


traditional


measurement


method


is


the


pressure


drop


through


the


way


of


height,


weighting


scale


reading


way, compared with the traditional measurement method, the design


英



文



摘



要



uses


the


non- contact


height


ultrasonic,


displaying


real-time


height-weight data by the liquid crystal. It makes the design has the


advantages


of


real-time,


can


quickly


get


height


and


weight


values,


which brings great convenience for the examination process.


The


design


of


measurement


system


is


based


on


STC89C52


microcontroller, including the height and weight of two modules.


The measurement of the height range for 2m, weighing range for


200kg,


to


achieve


the


most


measurement


requirements.


Measurement


of


ultrasonic


ranging


principle


using


altimetry,


weighing sensor connected weighing AD- HX711 measurement by


weight,


LCD-1602


display


digital


data,


and


realize


intelligent


measurement, the design has practical value.



关


键


词



STC89C52



ultrasonic



altimeter



HX711



LCD-1602




毕业设计指导教师评定成绩





评审


基元



选 题


质量


28


%


能力


水平


30


%


评审要素



目的明确



符合要求



选题恰当



联系实际



综合运用



知识能力



应用文献



资料能力



实验（设计）



能力



计算能力



评审内涵



选题符合专业培养目标，< /p>


体现学科、


专业特点和综合训练


的基本要 求



题目规模适当



题目难易度适中



题目与生产、


科研、


实验室建设等实际相结合，


具有一定的


实际价值



能将所学专业知识和机能用 与毕业设计中；


设计内容有适当


的深度、广度和难度

< p>



能独立查阅相关文献资料，

< br>能对本设计所涉及的有关研究


状况及成果归纳、总结和恰当运用

< br>


能运用本学科常用的研究方法，选择合理可行的方案，能对

实际问题进行分析，


进行实验


（设计）

，


具有较强的动手能力



原始数据 搜集得当；


能进行本专业要求的计算，


理论依据正


确，数据处理方法和处理结果正确



-


可编辑修改


-


满分



9


5


5


9


5


5


5


5


实评分











。



计算机应用能力



分析能力



插图或图纸质量



设计


质量


32


%


外文


资料


翻译



10


%


总成绩：




指导教师评审意见：















外文应用



能力



说明书撰写水平



规范化程度



成果的实用性与


科学性



创见性



能根据设计题目要求编程上机 或使用专业应用软件完成设


计任务



能对设计项目进行技术经济分析或对实验结果进行综合分析



能用计算机绘图，且绘制图纸表格符合标准


< br>设计说明书齐全；概念清楚，内容正确，条理分明，语言流


畅，结构严谨；篇幅达 到学校要求



设计的格式、


图纸、数据 、


用语、量和单位、各种资料引用和


运用规范化，符合标准；设 计栏目齐全合理



较好地完成设计选题的目的要求，成果富有一 定的理论深


度和实际运用价值







具有创新意识，设计具有一定的创新性



能搜集、阅读、翻译、归纳、综述一定量的本专业外文资料


与外文摘要，


并能加以运用，


体现一定的外语水平，


译文汉


字数


1500-2000


5


5


5


12


5


5


5









10



评定等级：



指导教师签名：

















说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等 级，总成绩


90


—


100


分记为


优秀，


80


—


89


分记为良好，


70


—


79


分记为中等，


60

< p>
—


69


分记为及格，


60


分以下记为不


及格。若译文成绩为零，则不计总成绩，评定等级 记为不及格。



湖南师范大学本科毕业设计答辩记录表



毕业设计


题




目



作者姓名



指导教师



姓名、


职称












体重及超声波远距测高仪


-----


体重检 测




所属院、专业、年级



工程与设计学院 电子信息工程专业


2010


年级



陈兆仁






高工



答




辩




会




纪



要



时间



答辩



小组



成员






姓




名





职务（职称）



姓




名






地点



职务（职称）





姓




名






职务（职称）





-


可编辑修改


-


。









答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：



















会议主持人签名：



记录人签名：





年







月







日





-


可编辑修改


-


。



评语：





答



辩



小



组



意



见












评定等级：





























负责人（签名）


：


















年




月




日



评语：





学



院



意



见











毕业设计学院最终评定等级：




负责人（签名）


：













学院（公章）




评语：





学



校



意



见












评定等级：























负责人（签名）


：





















年




月






日













年




月






日



-


可编辑修改


-


。



目






录



摘



要


.......................... .................................................. ................................. 1


Abstract


................... .................................................. .................................. 2


1


引言



.


.. .................................................. .................................................. .... 3


1.1


选题背景及目的


.................... .................................................. ...... 3


1.2


总体方案设计与论证



....... .................................................. ........... 5


1.2.1


设计任务



............ .................................................. ................. 5


1.2.2


设计内容



............ .................................................. ................. 5


1.2.3


方案论证与选择



.

< br>............................................... ................... 5


2


硬件电路设计



.......... .................................................. .............................. 7


2.1


主控电路



.


.................................................. ...................................... 7


2.2


超声波测高模块电路



.......................................... .......................... 9


2.2.1


超声波传感器及其测高原理



.


.......................................... ... 9


2.2.2


超声波传感器电气参数及其时序图


...............................


1


1


2.3


压力传感器称重模块



....... .................................................. .........


1


3


2.3.1


压力传感器


< p>
............................................ .............................


1


3


2.3.2

< br>称重


AD


转换芯片


< p>
.


................................ ............................


1


4


2.3.3

< br>称重部分


AD


转换基本原理


< /p>


........................................ ....


1


7


2.3.4


称重传感器重量标定


.................. ......................................


1


9


2.4 LCD1602


液晶显示模块



.


......................................... ...................


2


0


2.4.1 LCD1602


介绍


< /p>


.


............................ .......................................


2


0


2.4.2 LCD1602


主要技术参数及其时序图



..............................


2


1


-


可编辑修改


-


。



3


系统软件设计



.......... .................................................. ............................


2


4


3.1


单片机初始化程序设计



.

< p>
............................................ .................


2


4


3.2


超声波测高模块程序设计


< /p>


.


............................ .............................


2


5


3.3


测体重程序设计


.................... .................................................. ....


2


7


3.4


液晶显示模块程序设计



.

< p>
............................................ .................


2


8


结






论



... .................................................. ................................................


2


9


参考文献



............ .................................................. .......................................


3


0


附






录



............... .................................................. ....................................


3


2


致






谢



............... .................................................. ....................................


7


0













-


可编辑修改


-


。






-


可编辑修改


-


。



体重及超声波远距离测高仪


-----


体重检测



专业：电子信息工程






年级：


2 010


级






姓名：陈练



摘



要



在如今体检过程中，身高和体重是必要的测量部分。传统的测量方法是通

过压降式的测高和秤盘称重读数，


与传统测量方法相比，


本 设计采用超声波非接


触式的测高，


并由液晶直接显示即时的身高 和体重数据。


这就使得该设计具有实


时性，能很快捷的得出身高 体重值，给体检过程带来很大方便。



本设计是基于单片机


STC89C52


的测量系统，包括测高和称重两个模块。


其中测量身高量程为


2m


，称重量程为


200kg


，能实现绝大多数测量要求。测高


部


分


采


用


超


声


波


测


距


原


理


测


量


，


称


重


部

< br>分


用


称


重


传


感


器


连


接


专


用


称


重


AD-HX711


测量重量，由液晶


160 2


显示数字数据，实现了智能化测量，使本


设计具有实用价值。



关键词：


STC89C52



超声波测高




HX711



液晶


1602











-


可编辑修改


-


。





Abstract


In


the


examination


process,


measurement


part


is


necessary


for


height and weight. The traditional measurement method is the pressure


drop through the way of height, weighting scale reading way, compared


with


the


traditional


measurement


method,


the


design


uses


the


non-contact


height


ultrasonic,


displaying


real-time


height-weight


data


by the liquid crystal. It makes the design has the advantages of real- time,


can


quickly


get


height


and


weight


values,


which


brings


great


convenience for the examination process.


The


design


of


measurement


system


is


based


on


STC89C52


microcontroller,


including


the


height


and


weight


of


two


modules.


The


measurement of the height range for 2m, weighing range for 200kg, to


achieve


the


most


measurement


requirements.


Measurement


of


ultrasonic ranging principle using altimetry, weighing sensor connected


weighing AD-HX711 measurement by weight, LCD-1602 display digital


data, and realize intelligent measurement, the design has practical value.


Keywords:



STC89C52



ultrasonic



altimeter



HX711



LCD-1602




-


可编辑修改


-


。

















1


引言



1.1


选题背景及目的


< p>
随着社会的发展，


人们生活水平不断提升，


与身体 状况相关的方


面越来越得到人们的关注。


而身高与体重的变化则 是身体状况最为直


接的表现，


因此身高体重便成为必要的测量内 容。


身高体重测量仪现


以不止用于医疗、体检部门，而是可以广 泛应用于大众的仪器，因此


-


可编辑修改


-


。



身高体重测量仪的研究和设 计有非常广阔的前景。


本设计的身高体重


一体化测量仪可以同时 测量身高和体重数据，并实时的在屏幕上显


示，大大提高了使用效率。

< br>本设计的仪器系统功耗低，运行情况良好


而可靠，能利用最少的资源进行高精度的 测量，信息性能可靠，操作


便利，可以方便的获取结果，在实际的使用中获得了理想的效 果，有


重要的研究意义。



身高的测量 使用非接触式的超声波来完成。超声波指向性强


,


能

< p>
量消耗缓慢


,


在介质中传播的距离较远

< p>
,


因此超声波经常用于障碍物的


距离测量。由于超 声波可做到无接触检测距离


,


这一特性用在人体或


其它物体高度的测量上会变得非常方便。


而且超声波传感器具有结构


简单、体积小、


信号处理可靠等特点。因此本设计也是利用超声波来


测量高度。



体重的测量采用应变式压力传 感器做成电子称来测量重量。


和传


统秤相比较，电子秤利用新型 传感器、高精度


AD


转换器件、单片机


设计实现，具有精度高、功能强等特点，因此电子称逐渐取代传统型


的机械杠杆测量秤， 成为测量领域的主流产品


[1]


。本课题设计的电子

< p>
秤具有基本称重、显示功能。该电子秤的测量范围为


0-200Kg


，测


量精度达到


1kg


，有高精度，低成本，易携带的特点。



-


可编辑修改


-


。



1.2


总体方案设计与论证



1.2.1


设计任务



（


1


）题目：数字身高体重测量仪



（< /p>


2


）测量要求：



超声波测高精度±


1cm


，测量范围


2cm-4m


称重精度


1kg


，测量 范围


1kg-200kg


要求测量准确，能同时在显示屏上显示出来。



1.2.2


设计内容



外围设备：


（


1


）


51


单片机最小系统开发板












（


2


）


STC89C52


主芯片



（


3


）超声波测距模块








（


4


）压力 传感器称重模块








（


5


）


AD


转换模块








（


6


）


1602


液晶显示模块

< br>


1.2.3


方案论证与选择







方案一：采用


FPGA


控制，超声波测距， 电容式传感器称重，数


码管显示数值。



方案二：


采用


51


单片机控制，


超声波测距，


应变式传感器称重，


-


可编辑修改


-


。



1602


液晶显示数值。


< p>
以上两个方案主要是控制芯片，


称重传感器和显示设备的选择问

< p>
题。现就各个选择做以下论证。



FPGA


功能强大，端口多，适于多从控制，但数据处理较复杂，


且价格昂贵；


51


单片机设计简单，易于控制，价格便宜，且能完成


要求的所有工作，因此选择


51


单片机控制。< /p>



电容式传感器耗电量少


,


造价低


,


但准确度只有


1/ 200~1/500


；


电


阻应变式传感 器的称量范围为


300g


至数千


kg,


计量准确度达


1/1000~1/10000,


结构较简单


,


可靠性较好，因此选择电阻应变式传


感器，且采用全桥式等臂电桥电路。



采用 数码管现实的话，需要两组数码管分别显示身高和体重数


值，消耗功率大，且占用较多的


I/O


口资源；采用


1602


液晶显示，


可以分两行同时清晰直观地显示身高体重结果及必要的信息，


因此选


择


1602

液晶显示作为显示屏。



综上所述，选择方案二更为合理、经济。







-


可编辑修改


-


。










2


硬件电路设计



2.1


主控电路







我们主控制电路采用


STC89C52


芯片，


STC89C52RC


单片机是


宏晶科技推出的新一代高速


/


低功耗


/


超强抗干扰的单片机，

< p>
指令代码


完全兼容传统


8051

< br>单片机，


12


时钟


/

< p>
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]


：





1.


工作电压：

5.5V


～


3.3V


（

< p>
5V


单片机）


/3.8V


～


2.0V


（


3V

单片机）




2.


增强型


8051


单片机，


6< /p>


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.


3 .


工作频率范围：


0


～


40MHz


，相当于普通


8051

的


0


～


80MHz


，实


-


可编辑修改


-


。



际工作频率可达


48MHz




4.


片上集成


512


字节


RAM




5.


用户应用程序空间为

< p>
8K


字节



< p>
6.


具有


EEPROM


功 能



7. ISP


（在系统可编程）< /p>


/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/P3.0,Tx D/P3.1


）直接下载用户程


序，数秒即可完成一片



8.


通用


I/O


口（


32


个）


，复 位后为：


P1/P2/P3/P4


是准双向口

< br>/


弱上


拉，


< br>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。





9.


共< /p>


3


个


16


位定时 器


/


计数器。即定时器


T0

< p>
、


T1


、


T2

< p>



10.


外部中断


4


路，下降沿中断或低电平触发电路，


Po wer



Down


模式可由外部中断低 电平触发中断方式唤醒



11.


具有看门狗功能




12.


工作温度范围：


-40


～


+85


℃（工业级 ）


/0


～


75


℃（商业级）



13.


通用异步串行口 （


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


2.1


所示。



-


可编辑修改


-


。




图


2.1 STC89C52


管脚图






2.2


超声波测高模块电路



2.2.1


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


2.2

< p>
所示。



-


可编辑修改


-


。





图


2.2


超声波测高原理图








我们使用的是模块化的超声波


HC- SR04


测距，


HC-SR04


超声< /p>


波测距模块可提供


2cm-400cm


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


;

< br>



(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;



-


可编辑修改


-


。



2.2.2


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


2.1


所示：




表


2.1


电气参数





超声波时序图如图


2.3


所示：




图


2.3


超声波时序图




-


可编辑修改


-


。







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


P3.3


脚提供一个


16us

< br>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


P3.2


脚，因此用


ECHO< /p>


高电平持续时间


t/58


就是超声波测得 的距离


S


（


cm


）


。



HC-SR04


模块实物图如图


2.4


所示：




图


2.4 HC- SR04


模块




-


可编辑修改


-


。



2.3


压力传感器称重模块



2.3.1


压力传感器



称重传感器采用


200kg


的应变



式 压力称重传感器


YZC-1B


，其内部



为


4


个应变片构成的电桥形式。其



测量原理如图


2.5

所示。当垂直正



压力


P


作用于梁上时，梁产生形变，







图


2.5


传感器受力工作原理



电阻应变片


R1


、


R2


受压弯 拉伸，阻值增加；


R3


、


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]


。



R1


、


R2


、


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


2.6


所示。




图


2.6


测量电桥原理



-


可编辑修改


-


。






传感器实物图如下图所示：




图


2.7


称重传感器





2.3.2


称重

< br>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，


-


可编辑修改


-


。



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

< p>
，


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

< br>或


64


，对应的满额度差分输入信号

幅值分别为±


20mV


或±


40m V


。


通道


B


则 为固定的


64


增益，


用于系

< p>
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


2.8


为


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

< br>的输出数据速率


(RATE=0)


。

电源


（


2.7


～

< br>5.5V


）


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


2.8 HX711


外部管脚图



-


可编辑修改


-


。




HX7 11


主要电气参数如表


2.2


所示。< /p>



表


2.1 HX711


电气参数表



参数



满额度差分输入范围



输入共模电压范围




输出数据速率



条件及说明



V


（


inp


）


-V(inn)



使用片内振荡器，


RATE=0


最小值典型值最大值



±


0.5(AVDD/GAIN)


AGND+0.6 AVDD-0.6


10


单位



V


V



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



输出稳定时间（


1


）



二进制补码



RATE=0


RATE=DVDD


输入零点漂移



增益


=128


增益


=64


输入噪声



增益


=128


，


RATE=0


增益


=128


，


RATE= DVDD


温度系数



输入零点漂移（增益


=128


）



增益漂 移（增益


=128


）



800000 7FFFFF(HEX)


400


50


0.2


0.8


50


90


±


7


±


3



mv





nV(rms


)


nV/


℃



ppm/


℃



输入共模信号抑制比



电源干扰抑制比



增益


=128


，


RATE=0


增 益


=128


，


RATE=0


-


可编辑修改


-


100


100


dB


dB


。



输 出参考电压（


VBG


）



外部时钟或晶振频率



电源电压





DVDD


AVDD,VSUP


1.25


1 11.0592 30


2.6



5.5


2.6



5.5


1600


0.3


100


0.2


V


MHz


V


模拟电源电路



（含稳压电路）



数字电源电路



正常工作



断电



正常工作



断电



uA


uA




2.3.3


称重部分


AD

< p>
转换基本原理






如图


2.9


所示


HX711


内部方框图，


HX71 1


可以在产生


VAVDD


和

< p>
AGND


电压，即


711


模块上的


E+


和


E-

< br>电压。该电压通过


VAVDD=VBG(R1+R2)/R2

计


算


。


VBG

为


模


块


儿


基


准


电


压


1. 25vR1=20K,R2=8.2K


，因此得出


VAVDD= 4.3V


。在


4.3V


的供电


电压下


200Kg


的传感器最大输出电压是


4.3*2mV/V=8.6mV


，经过


1 28


倍放大后，


最大电压为


8.6mV *128=1100.8mV


。


经过


A D


转换


后输出的


24bit

< p>
数字值最大为：


1100.8mV*2^24/4.3V

< br>≈


2147483


。



假设重力为


AKg


，


（


A<200Kg


）


,

< br>测量出来的


AD


值为


y.200 Kg


传


感


器


输


出


，


发


送


给


-


可编辑修改


-


AD


模


块


的< /p>


电


压


为


。



AKg*8.6mV/200Kg=0.043AmV


，


经


过


128


倍


增


益


后

< br>为


128*0.043A=5.504A


mV


，


转


换


为


24bit


数


信


号


为


5.504A


mV*2^24/4.3V


≈



21474.83A


，


所


以


y=21474.8 3A/100


≈



214.75A


，得出


A=y/214.75Kg


。所以程 序中


AD


转换公式为：



Weight=(unsigned int


）


(float)Weight/215



图


2.9 HX711


内部方框图



现附录


HX711


接口电路图如下


[7]

< p>
：



-


可编辑修改


-


。




图


2.10 HX711


接口电路图



2.3.4


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

< p>
测量出来的数据并进行记录，制成图


2.11


的曲 线图，以及表


2.3


所


示实际重量与测 量显示值得对比表格。



140


120


100


80


60


40


20


0



图


2.11


重量标定曲线图



-


可编辑修改


-


。



表


2.3


对比表




实 际重量


（


kg


）



显示值（


kg


）

< br>


实际重量


（


kg


）



显示值（


kg


）



0


0


80


80


2


1


90


90


3


3


100


99


10


10


110


109


20


20


120


120


30


30


130


129


40


40


140


138


50


50


160


158


60


60


180


178


70


70


200


197


< br>由标定的曲线图可以看出，


YZC-1B


称重传感器在< /p>


3kg


以内称重


值不稳定，在

< p>
3kg-150kg


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。




2.4 LCD1602


液晶显示模块



2.4.1 LCD1602


介绍


< /p>


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

< p>
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。


1602L CD


是指显示的内容为


16X2,


即可 以显示两行，每行


16


-


可编辑修改< /p>


-


。



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]

< p>
。





图


2.12 1602


显示电路




2.4.2 LCD1602


主要技术参数及其时序图


显示容量


:16


×


2


个字符



-


可编辑修改


-


。



芯片工作电压

:4.5


—


5.5V


工作电流


:2.0mA(5.0V)


模块最佳工作电压


:5.0V


字符尺 寸


:2.95


×


4.35(W


×


H)mm


其引脚功能见表

< br>2.4


所示：



表


2.4 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：< /p>


VSS


为地电源。



-


可编辑修改


-


。



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。



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


P2.3


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

< br>为低电平时可以写入数据，在单片机中连接


P2.4


脚。



第


6


脚：< /p>


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

< br>P2.5


脚。



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


2.13


和

< br>2.14


所示


[8]


：



-


可编辑修改


-


。




图


2.13


读操作时序




图


2.14


写操作时序



3


系统软件设计



3.1


单片机初始化程序设计



本设计的软件编译环境为


Keil


u Vision4


，这种编译环境支持


C


语言编程。编译的模块包括单片机初始化模块，超声波测高模块，测


体重模块，液晶显示 模块。



初始化函数模块主要包括定时器及中断的初始化，


加上液晶显示


的初始化程序。


定时器使用单 片机内部定时器


0


，


设置定时器


0


为方


-


可编辑修改


-


。



式< /p>


1


，初值低


8


位


TL0=0x00,


高


8


位


TH0=0x00


，启动定时器

< br>0


和


开启定时器


0


中断。


液晶显示初始化使用标准初始化过程，


其初始 化


过程如下所示：



延时


15mS


，


写指令


38H< /p>


（不检测忙信号）


，


延时


5mS


，


写指令


38H


（不检测忙信号）


，


延时

5mS


，


写指令


38H

< p>
（不检测忙信号）


，


（以


后每次写指令、读


/


写数据操作均需要检测忙信号），写指令< /p>


38H


：


显示模式设置，写指令


08H


：显示关闭，写指令


01H


：显示清屏，


写指令


06H


：显示光标移动设置，写指令


0CH


：显示开及光标设置。



3.2


超声波测高模块程序设计



超声波测高 部分先初始化定时器和中断，


外设置一个中断溢出标


志


flag


，根据


flag


标志位和回响信号


ECHO


的状态来开启或关闭定

< p>
时器中断并计数，


由此算出距离值。


超声波测高部 分程序流程图如图


3.1


所示。



-


可编辑修改


-


。



开始


< /p>


定时器和


中断初始


（

ECHO==0


）


&&


溢出？



Flag=0


并且开启定时器

< p>
0


中断



（


ECHO==1


）


&&


溢出 ？



关闭定时器


0

< br>计


算


距


离


S=(TH0*256+TL0)/58


S>250


？



Flag=1


Flag=0


？



不显示数值



显示距离值


S


结



束



图


3.1


超声波测高部分程序流程图




-


可编辑修改


-


。



3.3


测体重程序设计



压力传感器称体重模 块核心部分是


AD


转换，


在

< p>
AD


转换编程中，


当数据输出管脚


ADDO


为高电平时，表明


AD


转换器还未准备好输


出数据，此时串口时钟输入信号


ADSK


应为低电平。当


ADDO


从高


电平变低电平后，


ADSK


输入


24


个时钟脉冲。第一个时钟脉冲的上


升沿将读出输入


24


位数据的最高位，直到第


24


个时钟脉冲完成，


24


位输出数据从最高位 至最低位逐位输出完成。测体重部分程序流


程图如图


3.2


所示。



开



始



获取


AD


值



AD


值转换为重量



显示称重数值



结



束




图


3.2


测体重部分程序流程图





-


可编辑修改


-

有道理的爱情-


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