【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(jì)） 4 3 身高體重測(cè)量?jī)x的硬件電路設(shè)計(jì) 身高體重測(cè)量?jī)x的核心器件是 STC89C52 單片機(jī)，硬件電路包括 電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、 ZX12864R 液晶屏電路 、 串口通信電路、 獨(dú)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(gè)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(jì)還增加了蜂鳴器、按鍵等模塊來(lái)完善系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖 21 所示。模塊具有光標(biāo)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(jì)方案的選定 （ 1）本次設(shè)計(jì)選用 STC89C52 單片機(jī)作為主控芯片， STC89C52 與傳統(tǒng)的 51 系列單片機(jī)相比功能更加強(qiáng)大，價(jià)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(jì)） 2 2 身高體重測(cè)量?jī)x總體方案設(shè)計(jì) 本課題的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的身高體重測(cè)量?jī)x，該系統(tǒng)所測(cè)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(cè)量?jī)x 將從具有單純 測(cè)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(lái)身高體重測(cè)量?jī)x的發(fā)展趨勢(shì)。 本設(shè)計(jì) 可以 同時(shí)測(cè)量人體的身高和體重，還可以將所測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)編號(hào)發(fā)送到上位機(jī)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(shí)間算出傳播距離，實(shí)現(xiàn)身高的測(cè)量。通過(guò)串口電路實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與上位機(jī)的通信?；趩纹瑱C(jī)身高 體重測(cè)量?jī)x制作成本低，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 ，顯示清楚， 基本滿足設(shè)計(jì)要求。身高體重測(cè)量?jī)x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(shí)代 里，面貌一新的 身高體重測(cè)量?jī)x 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(kāi)發(fā)更為簡(jiǎn)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(jī)中，單片機(jī)即可執(zhí)行相應(yīng)的功能，開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)單。 （ 4）體重的測(cè)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(hào)，模擬信號(hào)經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換器處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字值傳入到單片機(jī)進(jìn)行處理。 MCS51單片機(jī)三 端 穩(wěn) 壓 電 源超 聲 波 模 塊A D 轉(zhuǎn) 換 器獨(dú) 立 按 鍵液 晶 屏 模 塊串 口 通 信 模 塊9 V 直 流 電 壓上 位 機(jī)蜂 鳴 器 模 塊壓 力 傳 感 器 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)） 3 身高體重測(cè)量?jī)x的工作過(guò)程 本設(shè)計(jì)開(kāi)機(jī)后液晶屏幕上會(huì)顯示當(dāng)前的重量以及身高信息，系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上留有四個(gè)獨(dú)立按鍵，若按下電路板上的“發(fā)送”按鍵系統(tǒng)會(huì)將當(dāng)前的身高和體 重信息編號(hào)為一號(hào)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行顯示，若再次按下“發(fā)送”按鍵則系統(tǒng)會(huì)將編號(hào)自動(dòng)加一并再次向上位機(jī)發(fā)送最新更新的身高和體重信息。 電源電路 電源是一個(gè)系統(tǒng)能正常工作的基礎(chǔ)，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供可靠的能源保證，因此電源模塊的設(shè)計(jì)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(guò)串口（ RxD/,TxD/）下載用戶編寫的程序到單片機(jī)中。通用 IO口 P P P3 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開(kāi)路輸出，在本設(shè)計(jì)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(jì)） 5 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 串口通信電路 本設(shè)計(jì)中程序的燒錄以及系統(tǒng)要與上位機(jī)進(jìn)行通信所以本設(shè)計(jì)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(dú)立按鍵電路 單片機(jī) 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(jī)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(gè)字 符（ 8X16點(diǎn)陣）、 8192 個(gè)中文漢字（ 16X16 點(diǎn)陣）及 64X256 點(diǎn)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(hào)，在串行模式下為片選信號(hào)。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(jì)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(jì)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(hào)比較小， HX711 芯片還內(nèi)置了差分信號(hào)放大電路，芯片內(nèi)部有兩個(gè)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(shí)鐘信號(hào)輸入端 [11]。每個(gè)傳感器的量程為 50kg，所以本設(shè)計(jì)的量程為 50kgx4=200kg。若在傳感器上放上負(fù)載則圖 391 中每個(gè)傳感器白色信號(hào)線與紅色信號(hào)線之間的電阻和紅色信號(hào)線與黑色信號(hào)線之間的電阻一個(gè)增大一個(gè)減小，對(duì)應(yīng)到 圖 392 全橋電路原理圖中對(duì)角線的兩 個(gè)電阻阻值的變化趨勢(shì)相同，而相鄰的兩個(gè)電阻阻值變化趨勢(shì)相反，從而 A+ 和 A 間的差分電壓輸出增大，所以負(fù)載的重量與輸出的差分電壓為線性關(guān)系。單片機(jī)將所得到的信息處理后通固定的讀寫時(shí)序控制液晶模塊顯示。 圖 310 電路的實(shí)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(jì)） 11 4 軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)邏輯相對(duì)復(fù)雜且代碼量較大不宜使用匯編語(yǔ)言，所以采用 C語(yǔ)言進(jìn)行編程，程序設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的頭文件中聲明。在保持狀態(tài)下則一直檢測(cè)“保持”按鍵是否再次按下，若按下則返回正常測(cè)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(jī) { 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(dāng) HX711 芯片數(shù)據(jù)輸出管腳 DT輸出高電平時(shí)，表示 AD 轉(zhuǎn)換器還沒(méi)有準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)時(shí)鐘輸入信號(hào) SCK 應(yīng)為低電平。本設(shè)計(jì)使用 AD 轉(zhuǎn)換器的 A 通道，增益為 128，所以輸入 25 個(gè)時(shí)鐘脈沖 [11]。 ADSK=0。i24。 //信號(hào)線拉低 if(ADDO) //數(shù)據(jù)輸入為高電平 { Count++。 //信號(hào)線拉低 Count=Count*。本設(shè)計(jì)中將所 有按鍵的檢測(cè)寫在了一個(gè)函數(shù)中，函數(shù)的參數(shù)為要檢測(cè)的按鍵的編號(hào)，返回值為真（ 1）時(shí)說(shuō)明相應(yīng)的按鍵按下，返回值為假（ 0）時(shí)則說(shuō)明按鍵沒(méi)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(jì)） 15 圖 44 按鍵的抖動(dòng) 按鍵檢測(cè)函數(shù)： unsigned char Key_Scan(unsigned char key_num) { switch(key_num) //key_num 為選擇要檢測(cè)的按鍵 { case 1: //第一個(gè)按鍵 if(key1==0) //第一個(gè)按鍵按下 { delay_ms(5)。 //若濾波后檢測(cè)沒(méi)有按下判斷為雜波 返回 0 } } else { return 0。信號(hào)發(fā)出后超聲波模塊將自動(dòng)檢測(cè)超聲波回波信號(hào)，若檢測(cè)到超聲波回波信號(hào)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(hào) TR0=1。n++)。 //等待收到回波信號(hào)或定時(shí)器溢出 TR0=0。//換算為實(shí)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(biāo)、清屏、設(shè)置游標(biāo)等。 寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=H,RW=L,D0D7=數(shù)據(jù) ,E=H 輸出：無(wú) 寫命令：輸入： RS=L,RW=L,D0D7=數(shù)據(jù) ,E=H 輸出：無(wú) 圖 461 液晶的寫操作 void write_(unsigned char cmdcode) { chk_busy()。 //液晶使能 Lcd_Bus=cmdcode。 //延時(shí) } 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(jì)） 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(shí) } 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(jì)初期先通過(guò)查閱資料來(lái)確定系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，方案確定后再進(jìn)行器件的選型以及電路的設(shè)計(jì)。 PCB 板做好后手工將各個(gè)元器件焊接到 PCB 板上，焊接完成后使用數(shù)字萬(wàn)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(shí)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(jì)） 20 硬件的開(kāi)發(fā)平臺(tái) 本設(shè)計(jì)硬件制作上的難點(diǎn)和重點(diǎn)在于電路原理圖的設(shè)計(jì)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(cè)上的通信時(shí)序來(lái)完成，其他模塊程序的設(shè)計(jì)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(jì)要求完成主程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試即可完成軟件部分的設(shè)計(jì)。 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(jī) 下載編程 燒錄 軟件 ， 專門 針對(duì) STC系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，使用簡(jiǎn)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(guò)串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)通過(guò)電腦進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)的處理，基本滿足設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)采用非接觸式的超聲波傳感器測(cè)量身高，硬件可拆卸，攜帶方便，實(shí) 現(xiàn)了全電子型設(shè)計(jì)。制作初期只考慮到使用超聲波傳感器測(cè)距是一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思想?yún)s沒(méi)有考慮到其存在的種種弊端。 （ 2）在本設(shè)計(jì)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(shí)背光燈一直處于點(diǎn)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(shí)對(duì)液晶也有一定的影響。在解決一個(gè)個(gè)問(wèn)題之后，我發(fā)現(xiàn)在不斷學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，我的思想也不斷成熟。最后感謝三年來(lái)一起陪伴我學(xué)習(xí)生活的同學(xué)們，謝謝你們?nèi)陙?lái)的關(guān)照與幫助，在此對(duì)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(biāo)的命令 第二行 hzkdis(河北大學(xué)工商學(xué)院 )。 //延時(shí) 顯示一段時(shí)