電子健康秤的設(shè)計(jì)

孫楠楠， 孫運(yùn)強(qiáng)， 姚愛(ài)琴

（中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原 030051）

0 引言

稱重技術(shù)自古以來(lái)就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。隨著生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)健康的要求越來(lái)越高，對(duì)人體健康稱重系統(tǒng)的研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和使用價(jià)值。

1 電子秤的整體設(shè)計(jì)及原理

電子秤的工作原理：首先是通過(guò)壓力傳感器采集到被測(cè)物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。輸出電壓信號(hào)通常很小，需要通過(guò)放大電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大。放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入主控電路的單片機(jī)中，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制顯示器，從而顯示出被測(cè)物體的重量。

本設(shè)計(jì)中電子秤系統(tǒng)由5個(gè)部分組成：控制器部分、測(cè)量部分、報(bào)警部分、數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤(pán)部分和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖1所示。

圖 1 電子秤設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，硬件電路的構(gòu)成主要有以下幾部分：AT89S52的最小系統(tǒng)構(gòu)成、鍵盤(pán)輸入、數(shù)據(jù)采集、顯示電路等。

2.1 數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換部分構(gòu)成。用A/D模塊采樣傳感器串聯(lián)的電阻兩端的電壓，用單片機(jī)計(jì)算并驅(qū)動(dòng)顯示。

數(shù)據(jù)采集部分電路連接如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集部分電路圖

A/D轉(zhuǎn)換芯片與AT89S52單片機(jī)接口電路接線如圖3所示。

2.2 顯示電路與AT89S52單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)

LM016L液晶模塊采用HD44780控制器。HD44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等功能。LM016L與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或者4位并行傳輸兩種方式。HD44780控制器由兩個(gè)8位寄存器、指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）、忙標(biāo)志（BF）、顯示數(shù)據(jù)RAM、字符發(fā)生器ROM（DDRAM）、字符發(fā)生器RAM（CGRAM）、地址計(jì)數(shù)器（AC）組成。顯示電路圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后，初始化程序?qū)AM的30H-5FH內(nèi)存單元清零，P3.0引腳置成高電平，防止誤報(bào)警。設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

圖3 ADC0832與AT89S52的接線圖

圖4 顯示電路與AT89S52接口電路

3.2 子程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)子程序主要包括A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)、顯示程序設(shè)計(jì)以及報(bào)警程序設(shè)計(jì)等。

3.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)

A/D轉(zhuǎn)換子程序主要是指在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，把稱重傳感器傳遞過(guò)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳遞到單片機(jī)所涉及到的程序設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

3.2.2 顯示子程序設(shè)計(jì)

顯示子程序主要是來(lái)判斷是否需要顯示，以及如何去顯示，也是十分重要的程序之一。而顯示子程序是其他程序所需要調(diào)用的程序之一。因此，顯示子程序的設(shè)計(jì)就顯得舉足輕重，設(shè)計(jì)的時(shí)候也要十分的小心和賣力。設(shè)計(jì)顯示子程序的流程圖如圖7所示。

圖5 系統(tǒng)主程序流程圖

圖6 A/D初始化流程圖

4 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果

根據(jù)本文設(shè)計(jì)要求，采用LabVIEW軟件進(jìn)行仿真。圖8即仿真結(jié)果圖。

圖 7 LCD顯示子程序

由仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)壓力傳感器感受到壓力呈工作狀態(tài)時(shí)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，顯示器即可顯示出精確的重量數(shù)據(jù)。當(dāng)重量在電子秤的稱重范圍內(nèi)時(shí)，報(bào)警器并不工作。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，證明此電子秤稱重范圍為：0～100 kg，測(cè)量精度為200 g。

圖8 仿真結(jié)果圖

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的電子秤以單片機(jī)為主要部件，用匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，硬件則以稱重傳感器為主,采用紐扣電池對(duì)電子稱提供電源，并通過(guò)硬件電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電源的轉(zhuǎn)換。能夠準(zhǔn)確測(cè)量人體的重量，具有自動(dòng)上電和關(guān)電功能，即：稱上有人（物）時(shí)自動(dòng)上電測(cè)量，無(wú)人（物）時(shí)能斷電處理省電狀態(tài)。使用者可以設(shè)置上限重量，當(dāng)體重超過(guò)此上限時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出蜂鳴聲報(bào)警，有助于控制體重保持健康。此系統(tǒng)可開(kāi)發(fā)成為實(shí)物產(chǎn)品，能廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，具有一定現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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