【正文】 名職務(wù)（職稱）姓 名職務(wù)（職稱）答辯中提出的主要問題及回答的簡要情況記錄：會議主持人簽名： 記錄人簽名： 年 月 日 答辯小組意見評語：評定等級： 負責(zé)人（簽名）： 年 月 日學(xué)院意見評語：畢業(yè)設(shè)計學(xué)院最終評定等級： 負責(zé)人（簽名）： 學(xué)院（公章） 年 月 日學(xué)校意見評語：評定等級： 負責(zé)人（簽名）： 年 月 日目 錄摘 要 1Abstract 21 引言 3 選題背景及目的 3 總體方案設(shè)計與論證 4 設(shè)計任務(wù) 4 設(shè)計內(nèi)容 4 方案論證與選擇 42 硬件電路設(shè)計 6 主控電路 6 超聲波測高模塊電路 7 超聲波傳感器及其測高原理 7 超聲波傳感器電氣參數(shù)及其時序圖 8 壓力傳感器稱重模塊 10 壓力傳感器 10 稱重AD轉(zhuǎn)換芯片 11 稱重部分AD轉(zhuǎn)換基本原理 13 稱重傳感器重量標定 15 LCD1602液晶顯示模塊 16 LCD1602介紹 16 LCD1602主要技術(shù)參數(shù)及其時序圖 173 系統(tǒng)軟件設(shè)計 20 單片機初始化程序設(shè)計 20 超聲波測高模塊程序設(shè)計 20 測體重程序設(shè)計 22 液晶顯示模塊程序設(shè)計 22結(jié) 論 24參考文獻 25附 錄 26致 謝 51II體重及超聲波遠距離測高儀體重檢測專業(yè)：電子信息工程 年級：2010級 姓名：陳練摘 要在如今體檢過程中，身高和體重是必要的測量部分。傳統(tǒng)的測量方法是通過壓降式的測高和秤盤稱重讀數(shù)，與傳統(tǒng)測量方法相比，本設(shè)計采用超聲波非接觸式的測高，并由液晶直接顯示即時的身高和體重數(shù)據(jù)。這就使得該設(shè)計具有實時性，能很快捷的得出身高體重值，給體檢過程帶來很大方便。本設(shè)計是基于單片機STC89C52的測量系統(tǒng)，包括測高和稱重兩個模塊。其中測量身高量程為2m，稱重量程為200kg，能實現(xiàn)絕大多數(shù)測量要求。測高部分采用超聲波測距原理測量，稱重部分用稱重傳感器連接專用稱重ADHX711測量重量，由液晶1602顯示數(shù)字數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了智能化測量，使本設(shè)計具有實用價值。關(guān)鍵詞：STC89C52 超聲波測高 HX711 液晶1602AbstractIn 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, pared with the traditional measurement method, the design uses the noncontact height ultrasonic, displaying realtime heightweight data by the liquid crystal. It makes the design has the advantages of realtime, 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 ADHX711 measurement by weight, LCD1602 display digital data, and realize intelligent measurement, the design has practical value.Keywords:STC89C52 ultrasonicaltimeter HX711 LCD16021 引言 選題背景及目的隨著社會的發(fā)展，人們生活水平不斷提升，與身體狀況相關(guān)的方面越來越得到人們的關(guān)注。而身高與體重的變化則是身體狀況最為直接的表現(xiàn)，因此身高體重便成為必要的測量內(nèi)容。身高體重測量儀現(xiàn)以不止用于醫(yī)療、體檢部門，而是可以廣泛應(yīng)用于大眾的儀器，因此身高體重測量儀的研究和設(shè)計有非常廣闊的前景。本設(shè)計的身高體重一體化測量儀可以同時測量身高和體重數(shù)據(jù)，并實時的在屏幕上顯示，大大提高了使用效率。本設(shè)計的儀器系統(tǒng)功耗低，運行情況良好而可靠，能利用最少的資源進行高精度的測量，信息性能可靠，操作便利，可以方便的獲取結(jié)果，在實際的使用中獲得了理想的效果，有重要的研究意義。身高的測量使用非接觸式的超聲波來完成。超聲波指向性強,能量消耗緩慢,在介質(zhì)中傳播的距離較遠,因此超聲波經(jīng)常用于障礙物的距離測量。由于超聲波可做到無接觸檢測距離,這一特性用在人體或其它物體高度的測量上會變得非常方便。而且超聲波傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、信號處理可靠等特點。因此本設(shè)計也是利用超聲波來測量高度。體重的測量采用應(yīng)變式壓力傳感器做成電子稱來測量重量。和傳統(tǒng)秤相比較，電子秤利用新型傳感器、高精度AD轉(zhuǎn)換器件、單片機設(shè)計實現(xiàn)，具有精度高、功能強等特點，因此電子稱逐漸取代傳統(tǒng)型的機械杠桿測量秤，成為測量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品[1]。本課題設(shè)計的電子秤具有基本稱重、顯示功能。該電子秤的測量范圍為0200Kg，測量精度達到1kg，有高精度，低成本，易攜帶的特點。 總體方案設(shè)計與論證 設(shè)計任務(wù)（1）題目：數(shù)字身高體重測量儀（2）測量要求：超聲波測高精度177。1cm，測量范圍2cm4m稱重精度1kg，測量范圍1kg200kg要求測量準確，能同時在顯示屏上顯示出來。 設(shè)計內(nèi)容外圍設(shè)備：（1）51單片機最小系統(tǒng)開發(fā)板 （2）STC89C52主芯片（3）超聲波測距模塊 （4）壓力傳感器稱重模塊 （5）AD轉(zhuǎn)換模塊 （6）1602液晶顯示模塊 方案論證與選擇 方案一：采用FPGA控制，超聲波測距，電容式傳感器稱重，數(shù)碼管顯示數(shù)值。方案二：采用51單片機控制，超聲波測距，應(yīng)變式傳感器稱重，1602液晶顯示數(shù)值。以上兩個方案主要是控制芯片，稱重傳感器和顯示設(shè)備的選擇問題?，F(xiàn)就各個選擇做以下論證。FPGA功能強大，端口多，適于多從控制，但數(shù)據(jù)處理較復(fù)雜，且價格昂貴；51單片機設(shè)計簡單，易于控制，價格便宜，且能完成要求的所有工作，因此選擇51單片機控制。電容式傳感器耗電量少,造價低,但準確度只有1/200~1/500；電阻應(yīng)變式傳感器的稱量范圍為300g至數(shù)千kg,計量準確度達1/1000~1/10000,結(jié)構(gòu)較簡單,可靠性較好，因此選擇電阻應(yīng)變式傳感器，且采用全橋式等臂電橋電路。采用數(shù)碼管現(xiàn)實的話，需要兩組數(shù)碼管分別顯示身高和體重數(shù)值，消耗功率大，且占用較多的I/O口資源；采用1602液晶顯示，可以分兩行同時清晰直觀地顯示身高體重結(jié)果及必要的信息，因此選擇1602液晶顯示作為顯示屏。綜上所述，選擇方案二更為合理、經(jīng)濟。2 硬件電路設(shè)計 主控電路 我們主控制電路采用STC89C52芯片，STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇[2]。主要特性如下[3]：：～（5V單片機）/～（3V單片機），6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片（32個），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。即定時器T0、TT2，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒：40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART14. PDIP封裝。 STC89C52 管腳圖 超聲波測高模塊電路 超聲波傳感器及其測高原理 超聲波是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差t,然后求出距離S=Ct/2，式中的C為超聲波波速。利用超聲波測高前先用超聲波測出發(fā)射頭與地面的高度H1并存入單片機，然后將被測物體移入測量區(qū)內(nèi)測得上表面距離H2，用單片機算出兩者之差就是被測物體的實際高度。 超聲波測高原理圖 我們使用的是模塊化的超聲波HCSR04測距，HCSR04超聲波測距模塊可提供2cm400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路[4]。其基本工作原理如下：(1)采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號。(2)模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；(3)有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。 超聲波傳感器電氣參數(shù)及其時序圖： 電氣參數(shù)： 超聲波時序圖 以上時序圖表明我們只需要提供一個10uS以上的脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40KHZ周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波則輸出回響信號。回響信號的脈沖寬度與所測得距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。，因此用ECHO高電平持續(xù)時間t/58就是超聲波測得的距離S（cm）。： HCSR04模塊 壓力傳感器稱重模塊 壓力傳感器稱重傳感器采用200kg的應(yīng)變式壓力稱重傳感器YZC1B，其內(nèi)部為4個應(yīng)變片構(gòu)成的電橋形式。其。當(dāng)垂直正壓力P作用于梁上時，梁產(chǎn)生形變， 傳感器受力工作原理電阻應(yīng)變片RR2受壓彎拉伸，阻值增加；RR4受壓縮，阻值減小。電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓，不平衡電壓與作用在傳感器上的載菏P成正比，從而將非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出[5]。RRR3和R4組成惠更斯電橋，將2對電阻應(yīng)變片的阻值變化轉(zhuǎn)變成輸出電壓。 測量電橋原理傳感器實物圖如下圖所示： 稱重傳感器 稱重AD轉(zhuǎn)換芯片HX711是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強等優(yōu)點、降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為128或64，對應(yīng)的滿額度差分輸入信號幅值分別為177。20mV或177。40mV。通道B則為固定的64增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測[6]。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接部件。上電自動復(fù)位功能簡化了開機的初始化過程。該方案使用內(nèi)部時鐘振蕩器(XI=0)，10Hz的輸出數(shù)據(jù)速率(RATE=0)。電源（～）直接取用與MCU 芯片相同的供電電源。通道A與傳感器相連，通道B通過片外分壓電阻與電池相連，用于檢測電池電壓。 HX711外部管腳圖。 HX711電氣參數(shù)表參數(shù)條件及說明最小值典型值最大值單位滿額度差分輸入范圍V（inp）V(inn)177。(AVDD/GAIN)V輸入共模電壓范圍AGND+ V輸出數(shù)據(jù)速率使用片內(nèi)振蕩器，RATE=010Hz使用片內(nèi)振蕩器，RATE=DVDD80