【正文】 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆自考本科生畢 業(yè)論文（設(shè)計） 4 3 身高體重測量儀的硬件電路設(shè)計 身高體重測量儀的核心器件是 STC89C52 單片機，硬件電路包括 電源電路、單片機最小系統(tǒng)電路、 ZX12864R 液晶屏電路 、 串口通信電路、 獨立按鍵電路、 蜂鳴器 電路 、超聲波模塊接口電路、 AD轉(zhuǎn)換器接口電路以及由四個應(yīng)變片組成的全橋電路。 除上述主要器件以外系統(tǒng)的設(shè)計還增加了蜂鳴器、按鍵等模塊來完善系統(tǒng)的設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖 21 所示。模塊具有光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等功能，模塊有并行和串行兩種連接方法 [2]。 設(shè)計方案的選定 （ 1）本次設(shè)計選用 STC89C52 單片機作為主控芯片， STC89C52 與傳統(tǒng)的 51 系列單片機相比功能更加強大，價格也更低。 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆自考本科生畢 業(yè)論文（設(shè)計） 2 2 身高體重測量儀總體方案設(shè)計 本課題的目標是設(shè)計一個基于單片機的身高體重測量儀，該系統(tǒng)所測量的身高允許范圍為 ，精度為177。隨著 科技的不斷發(fā)展 ， 身高體重測量儀 將從具有單純 測量 功能發(fā)展到具有 數(shù)據(jù)傳輸功能、判斷功能、記憶功能。多功能、易攜帶、低功耗、智能化是未來身高體重測量儀的發(fā)展趨勢。 本設(shè)計 可以 同時測量人體的身高和體重，還可以將所測數(shù)據(jù)自動編號發(fā)送到上位機上顯示或以文檔的形式導(dǎo)出并保存。利用超聲波在介質(zhì)中傳播速度固定的原理可由超聲波在空氣中的傳播時間算出傳播距離，實現(xiàn)身高的測量。通過串口電路實現(xiàn)了單片機與上位機的通信?；趩纹瑱C身高 體重測量儀制作成本低，電路設(shè)計簡單 ，顯示清楚， 基本滿足設(shè)計要求。身高體重測量儀以成為人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)中不可缺少的物品，它在醫(yī)療應(yīng)用、學(xué)校體檢、家庭應(yīng)用等方面都有廣泛的應(yīng)用。 在新的 時代 里，面貌一新的 身高體重測量儀 將發(fā)揮更大的作用。 1cm，體重允許范圍為 0kg200kg，精度為177。利用 Keil 軟件編譯程序使開發(fā)更為簡單，它 可以支持串口直接下載程序 ，不需要專門的下載器，用 ISP 軟件將程序下載到單片機中，單片機即可執(zhí)行相應(yīng)的功能，開發(fā)工具簡單。 （ 4）體重的測量使用壓力應(yīng)變片，它可以將人體的體重轉(zhuǎn)換為電壓信號，模擬信號經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換器處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字值傳入到單片機進行處理。 MCS51單片機三 端 穩(wěn) 壓 電 源超 聲 波 模 塊A D 轉(zhuǎn) 換 器獨 立 按 鍵液 晶 屏 模 塊串 口 通 信 模 塊9 V 直 流 電 壓上 位 機蜂 鳴 器 模 塊壓 力 傳 感 器 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計框圖 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆自考本科生畢 業(yè)論文（設(shè)計） 3 身高體重測量儀的工作過程 本設(shè)計開機后液晶屏幕上會顯示當前的重量以及身高信息，系統(tǒng)在硬件設(shè)計上留有四個獨立按鍵，若按下電路板上的“發(fā)送”按鍵系統(tǒng)會將當前的身高和體 重信息編號為一號發(fā)送到上位機進行顯示，若再次按下“發(fā)送”按鍵則系統(tǒng)會將編號自動加一并再次向上位機發(fā)送最新更新的身高和體重信息。 電源電路 電源是一個系統(tǒng)能正常工作的基礎(chǔ)，為系統(tǒng)的運行提供可靠的能源保證，因此電源模塊的設(shè)計至關(guān)重要。 ISP（在系統(tǒng)可編程）不需要專用的下載器，可以通過串口（ RxD/,TxD/）下載用戶編寫的程序到單片機中。通用 IO口 P P P3 是準雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，在本設(shè)計中 P0 作為液晶的數(shù)據(jù)總線接口，所以需外加上拉 電阻。 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆自考本科生畢 業(yè)論文（設(shè)計） 5 圖 32 單片機最小系統(tǒng)電路 串口通信電路 本設(shè)計中程序的燒錄以及系統(tǒng)要與上位機進行通信所以本設(shè)計還包含串口通信電路，其主要器件是 MAX232 芯片。 MAX232 芯片的 13腳（ R1in）、 12腳（ R1out）、 11 腳（ T1in）、 14 腳（ T1out）構(gòu)成了該芯片的第一數(shù)據(jù)通道。串口通信電路原理圖如圖 33所示。 圖 34 超聲波模塊 接口電路 獨立按鍵電路 單片機 P P P3 端口是弱上拉端口，即 P P P3端口內(nèi)部帶有上拉電阻，所以單片機復(fù)位后這幾組端口輸出均為高電平 [8]。 ZX12864R 液晶顯示模塊內(nèi)置 128 個字 符（ 8X16點陣）、 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（ GDRAM），可以顯示漢字或者圖形。第 4腳 RS 為并行的指令 /數(shù)據(jù)選擇信號，在串行模式下為片選信號。第 15 腳 PSB 為并 /串行接口選擇，輸入高電平為并行模式，輸入低電平串行模式。液晶屏電路原理圖如圖 36所示。 圖 37 蜂鳴器 電路 HX711 AD 轉(zhuǎn)換器模塊接口電路 本設(shè)計的 AD 轉(zhuǎn)換器采用 HX711 模塊， HX711 AD 轉(zhuǎn)換器是一款專為電子秤而設(shè)計的高精度 24 位 AD 轉(zhuǎn)換器 芯片。由于全橋電路輸出的差分電壓信號比較小， HX711 芯片還內(nèi)置了差分信號放大電路，芯片內(nèi)部有兩個轉(zhuǎn)換通道， A 通道的可編程增益較大，可以選擇 128 或 64。串行通信管腳由 SCK 和 DT 組成， DT為數(shù)據(jù)輸出引腳， SCK 為時鐘信號輸入端 [11]。每個傳感器的量程為 50kg，所以本設(shè)計的量程為 50kgx4=200kg。若在傳感器上放上負載則圖 391 中每個傳感器白色信號線與紅色信號線之間的電阻和紅色信號線與黑色信號線之間的電阻一個增大一個減小，對應(yīng)到 圖 392 全橋電路原理圖中對角線的兩 個電阻阻值的變化趨勢相同，而相鄰的兩個電阻阻值變化趨勢相反，從而 A+ 和 A 間的差分電壓輸出增大，所以負載的重量與輸出的差分電壓為線性關(guān)系。單片機將所得到的信息處理后通固定的讀寫時序控制液晶模塊顯示。 圖 310 電路的實物圖 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆自考本科生畢 業(yè)論文（設(shè)計） 11 4 軟件設(shè)計 本設(shè)計邏輯相對復(fù)雜且代碼量較大不宜使用匯編語言，所以采用 C語言進行編程，程序設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，即將不同模塊的程序封裝到不同的 C文件中再將其中的函數(shù)、所用到的頭文件、變量等在對應(yīng)的頭文件中聲明。在保持狀態(tài)下則一直檢測“保持”按鍵是否再次按下，若按下則返回正常測量的狀態(tài)。 //初始化液晶屏 system_init()。 if(Key_Scan(1)) //發(fā)送鍵按下 { beep=0。i++) //發(fā)送數(shù)據(jù)到上位 機 { SBUF=Number_data[i]。 //關(guān)蜂鳴器提示音 } if(Key_Scan(4)) //”保持“按鍵按下 pattern=2。 //讀取身高值 hzkdis(p)。 default: break。 TMOD = 0x21。當 HX711 芯片數(shù)據(jù)輸出管腳 DT輸出高電平時，表示 AD 轉(zhuǎn)換器還沒有準備好輸出數(shù)據(jù)，此時時鐘輸入信號 SCK 應(yīng)為低電平。本設(shè)計使用 AD 轉(zhuǎn)換器的 A 通道，增益為 128，所以輸入 25 個時鐘脈沖 [11]。 ADSK=0。i24。 //信號線拉低 if(ADDO) //數(shù)據(jù)輸入為高電平 { Count++。 //信號線拉低 Count=Count*。本設(shè)計中將所 有按鍵的檢測寫在了一個函數(shù)中，函數(shù)的參數(shù)為要檢測的按鍵的編號，返回值為真（ 1）時說明相應(yīng)的按鍵按下，返回值為假（ 0）時則說明按鍵沒有按下。 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆自考本科生畢 業(yè)論文（設(shè)計） 15 圖 44 按鍵的抖動 按鍵檢測函數(shù)： unsigned char Key_Scan(unsigned char key_num) { switch(key_num) //key_num 為選擇要檢測的按鍵 { case 1: //第一個按鍵 if(key1==0) //第一個按鍵按下 { delay_ms(5)。 //若濾波后檢測沒有按下判斷為雜波 返回 0 } } else { return 0。信號發(fā)出后超聲波模塊將自動檢測超聲波回波信號，若檢測到超聲波回波信號超聲波模塊的 Echo 引腳變?yōu)榈碗娖健? RX=1。 //發(fā)射超神波脈沖信號 TR0=1。n++)。 //等待收到回波信號或定時器溢出 TR0=0。//換算為實際距離 n=n3。寫命令的作用是向液晶屏幕發(fā)送各種指令如設(shè)置顯示坐標、清屏、設(shè)置游標等。 寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=H,RW=L,D0D7=數(shù)據(jù) ,E=H 輸出：無 寫命令：輸入： RS=L,RW=L,D0D7=數(shù)據(jù) ,E=H 輸出：無 圖 461 液晶的寫操作 void write_(unsigned char cmdcode) { chk_busy()。 //液晶使能 Lcd_Bus=cmdcode。 //延時 } 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆自考本科生畢 業(yè)論文（設(shè)計） 18 void write_data(unsigned char Dispdata) //寫數(shù)據(jù)到 LCD { chk_busy()。 //液晶 使能 Lcd_Bus=Dispdata。 //延時 } 讀狀態(tài)：輸入： RS=L,RW=H,E=H 輸出： DOD7=狀態(tài)字 圖 462 液晶的讀操作 忙位檢查函數(shù)： void chk_busy(void) { RS=0。 //液晶數(shù)據(jù)總線全部拉高 while((Lcd_Busamp。 硬件的制作 在設(shè)計初期先通過查閱資料來確定系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，方案確定后再進行器件的選型以及電路的設(shè)計。 PCB 板做好后手工將各個元器件焊接到 PCB 板上，焊接完成后使用數(shù)字萬用表檢查電路板、元器件之間是否全部導(dǎo)通以及是否有短路的情況。 圖 51 整體實物圖 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆自考本科生畢 業(yè)論文（設(shè)計） 20 硬件的開發(fā)平臺 本設(shè)計硬件制作上的難點和重點在于電路原理圖的設(shè)計和 PCB 的繪制。 Altium Designer 操作界面如圖 52所示。液晶屏幕、HX711 AD 轉(zhuǎn)換器模塊、超聲波模塊的程序的編寫根據(jù)它們數(shù)據(jù)手冊上的通信時序來完成，其他模塊程序的設(shè)計則根據(jù)硬件連接方式和其自身工作原理。最后根據(jù)設(shè)計要求完成主程序的設(shè)計與調(diào)試即可完成軟件部分的設(shè)計。 圖 541 Keil 操作界面 程序的燒錄則使用 STCISP 軟件，它 是一款 單片機 下載編程 燒錄 軟件 ， 專門 針對 STC系列單片機而設(shè)計的，使用簡便， 方便， STCISP 操作界面如圖 542所示。 Serial Hunter操作界面如圖 55所示。數(shù)據(jù)能夠顯示在液晶屏幕上還可以通過串口傳輸?shù)缴衔粰C通過電腦進行顯示和數(shù)據(jù)的處理，基本滿足設(shè)計要求。本設(shè)計采用非接觸式的超聲波傳感器測量身高，硬件可拆卸，攜帶方便，實 現(xiàn)了全電子型設(shè)計。制作初期只考慮到使用超聲波傳感器測距是一種創(chuàng)新的設(shè)計思想?yún)s沒有考慮到其存在的種種弊端。 （ 2）在本設(shè)計中液晶屏幕的背光燈直接接到了電源上，這樣系統(tǒng)在工作時背光燈一直處于點亮的狀態(tài)而不受人的控制，這樣既增加了系統(tǒng)的功耗同時對液晶也有一定的影響。在解決一個個問題之后，我發(fā)現(xiàn)在不斷學(xué)習知識的同時，我的思想也不斷成熟。最后感謝三年來一起陪伴我學(xué)習生活的同學(xué)們，謝謝你們?nèi)陙淼年P(guān)照與幫助，在此對他們表示衷心的感謝。 //高度值 unsigned char height_data[6]。 //液晶顯示用的地址指針 extern unsigned char code BMP[]。 unsigned char Number_data[4]。 //液晶 PSB 引腳置 1 選擇并行模式 RW=0。 //清屏 Disp_Img(BMP)。 //發(fā)送顯示坐標的命令 第二行 hzkdis(河北大學(xué)工商學(xué)院 )。 //延時 顯示一段時