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畢業(yè)論文-基于單片機的身高體重測量儀設(shè)計-文庫吧資料

2024-10-29 19:30本頁面
  

【正文】 //定時器溢出標志位置零 for(n=0。 //發(fā)射超神波脈沖信號 TR0=1。 //定時器 0 關(guān)閉 TH0=TL0=0。 RX=1。如圖 45 為 超聲波模 塊時序 圖 。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? default: break。 //若濾波后檢測沒有按下判斷為雜波 返回 0 } } else { return 0。 //松手檢測 return 1。 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)。另外主程序中對按鍵的檢測是循環(huán)進行的,若按鍵按下的時間較長會造成單片機多次檢測到按鍵按下的情況從而造成程序的混亂 [13]。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。 //調(diào)零 return(Count)。 //信號線拉低 Count=Count*。 //時鐘線拉高 Count=Count^0x800000。 //信號線拉低 if(ADDO) //數(shù)據(jù)輸入為高電平 { Count++。 //時鐘線拉高 Count=Count1。i24。 //將存儲轉(zhuǎn)換值的中間變量清零 while(ADDO)。 ADSK=0。 圖 43 HX711 讀寫時序 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) 14 HX711 AD 轉(zhuǎn)換芯片通信函數(shù): unsigned long Read_Count(void) { unsigned long Count。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]。第一個時鐘脈沖的上升沿后可讀取輸出 24 位數(shù)據(jù)的最高位,直至第 24 個時鐘脈 沖完成,24 位輸出數(shù)據(jù)從最高位至最低位逐位輸出完成。當(dāng) 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。 //設(shè)置波特率為 9600 TR1=1。 TMOD = 0x21。系統(tǒng)的初始化程序如下: void system_init(void) { SM0=0。 default: break。 case 2: //保持狀態(tài) if(Key_Scan(4)) //“保持”鍵按下 pattern=1。 //讀取身高值 hzkdis(p)。 //讀取體重值 hzkdis(p)。 //關(guān)蜂鳴器提示音 } if(Key_Scan(4)) //”保持“按鍵按下 pattern=2。 TI=0。i++) //發(fā)送數(shù)據(jù)到上位 機 { SBUF=Number_data[i]。 //編號加 1 for(i=0。 if(Key_Scan(1)) //發(fā)送鍵按下 { beep=0。 //清屏 while(1) //循環(huán) { switch(pattern) //狀態(tài)查詢 { //正常測量模式 case 1: if(Key_Scan(2)||weight4000)//人體秤校準 Correct_w++。 //初始化液晶屏 system_init()。主程序的流程圖如圖 41 所示。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)。 主函數(shù)的編寫 主程序中將各個模塊初始化完成后進入循環(huán),在主程序中主要包含了兩個狀態(tài)分別是正常測量的狀態(tài)和保持顯示的狀態(tài),當(dāng)檢測到“保持”按鍵按下后則在兩個狀態(tài)下相互跳轉(zhuǎn) 。 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。當(dāng)“發(fā)送”按鍵按下時單片機會通過 MAX232 電路將電平轉(zhuǎn)換,再將數(shù)據(jù)傳送到上位機上。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。上電開機后若四個應(yīng)變片所受壓力發(fā)生變化那么全橋電路中各個電阻的阻值也會隨之發(fā)生變化,從而差分輸出就會發(fā)生變化,且與重量呈線性關(guān)系,差分輸出連接到 AD 轉(zhuǎn)換器 的 A 通道上, AD 轉(zhuǎn)換器將差分輸出電壓由模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并通過固定的通信協(xié)議傳送到單片機。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。 A+ 和 A 為全橋電路差分信號輸出端,接在 HX711 AD 轉(zhuǎn)換器模塊的 A 通道的差分信號輸入端。每個傳感器的量程為 50kg,所以本設(shè)計的量程為 50kgx4=200kg。 圖 38 HX711 模塊接口電路 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) 9 全橋電路 本設(shè)計使用四個壓力傳感器組成全橋電路,每個傳感器的內(nèi)部有兩個 500 歐姆的壓力應(yīng)變片。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]。 20mV 或177。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。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部全橋電路提供差分電壓,所以系統(tǒng)設(shè)計上無需另外的模擬電源。 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。蜂鳴器由單片機的普通 IO 端口控制,驅(qū)動電路主要是一個 PNP型三極管對電流進行放大來驅(qū)動蜂鳴器工作 [10]。液晶屏電路原理圖如圖 36所示。第 19 引腳 BLA 和第 20 引腳 BLK 分別是液晶背光燈的正負極,在本設(shè)計中將其直接接到了電源的正負極上 [2]。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。第 6 腳 E 為并行的使能信號,在串行模式下做為同步時鐘。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。 ZX12864R液晶屏模塊的第 1腳 GND 為模塊的電源地,第 2腳 VCC 為電源正極,兩個電源引腳分別接在電源模塊的 5V 輸出上。 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。獨立按鍵電路如圖 35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]。第二腳 Trig 為控制端口用于控制超聲波脈沖的發(fā)射, 3 腳為超聲波脈沖接收端,當(dāng)模塊接收到超聲波脈沖后該引腳的電平會發(fā)生變化 [7],所以這兩個引腳也與單片機的普通 IO 口相連。串口通信電路原理圖如圖 33所示。 TTL 電平數(shù)據(jù)從 T1in、 T2in 輸入經(jīng) MAX232 芯片轉(zhuǎn)換成 RS232 電平數(shù)據(jù)后從 T1out、 T2out 輸出。 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。電腦 USB 口輸出電壓為 12V,如果直接與單片機相連會燒壞單片機及周 圍器件,所以本設(shè)計選用 MAX232 芯片來進行電平轉(zhuǎn)換。 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。由上拉電阻、時鐘電路、電源電路構(gòu)成了單片機的最小系統(tǒng)。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。 單片機的第 18 和 19引腳外接晶振,構(gòu)成時鐘電路, C7 和 C8是兩個 30pF 的瓷片電容對晶振起微調(diào)的作用。 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。由于其電路簡單且在本設(shè)計中單片機以及其他器件的工作電壓均是 5V,所以本設(shè)計的電源部分采用 LM2940 芯片作為穩(wěn)壓芯片,電源電路如圖 31 所示。 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。若在測量狀態(tài)下按下“校準 +”按鍵測量的重量值會加 ,若按下“校準 ”按鍵測量的重量值會減 ,這兩個按鍵用于人體秤的校準操作 ,即在沒有被測物體放在稱上時可 將顯示值調(diào)節(jié)為 0kg,用以消除不確定性因素所引起的誤差。 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(dāng)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(dāng)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。 ( 6)由于設(shè)計要求將測量信息發(fā)送到上位機上顯示 和保存,且 STC89C52 單片機在燒錄程序時也使用串口,所以本設(shè)計中選用了 MAX232 芯片作為 TTL 電平與 RS232 電平轉(zhuǎn)換的器件構(gòu)成串口通信電路。 ( 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。 ( 3)本設(shè)計選用 ZX12864R 液晶屏來顯示測量信息, ZX12864R 液晶屏可顯示漢字及圖形,內(nèi) 置 8192 個中文漢字和 128 個字符。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。測量數(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)的存儲。 1cm,體重允許范圍為 0kg200kg,精度為177。與傳統(tǒng)的身高體重測量儀相比具有易攜帶、多功能、智能化程度高等優(yōu)點。 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。 未來的 身高體重測量儀 將與智能化接軌,與 其他測量儀器 集成 在一起 ,形成多 功能的測量儀 。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)
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