【正文】 SK = P3^4。 sbit ECHO=P3^2。 sbit EN = P2^5。 24 參考文獻 [1] 何力民 . 單片機高級教程 [M]. 北京：北京航空大學(xué)出版社，2020:1819. [2] 張文灼， MCS51單片機程序設(shè)計 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2020:7677. [3] 李林功，吳飛青，王兵等．單片機原理與應(yīng)用 [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2020:12. [4] 趙廣濤，基于超聲波傳感器的測距系統(tǒng)設(shè)計 [D]. 微計算機信息，2020. [5] 陳杰，黃鴻 . 傳感器檢測與技術(shù) [M]. 北京：高等教育出版社，2020:108. [6] 浦方華，田作華 . 一種基于 HX711 的高精度電子稱重儀 [A]. 上海交通大學(xué)，電子信息與電氣工程學(xué)院 . 上海， 2020:40. [7] 趙承利 . Protel DXP 電路設(shè)計（基礎(chǔ)、案例篇） [M]. 北京：中國鐵道 出版社， 2020:100. [8] Yam RCM,Tse PW,Li L,Tu predictive decision support system for conditionbased maintenance[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2020,17(5). 25 附 錄 附錄 A 設(shè)計實物圖 26 附錄 B 設(shè)計總程序 include //包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義 include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define ulong unsigned long sbit RS = P2^3。如果需要精度和準(zhǔn)確度都達(dá)到要求，選擇的硬件已經(jīng)可以滿足要求，只需要在程序部分再設(shè)計一下。在后期完善中，把超聲波傳感器定位于 高度，就可以測量出人體高度；稱重傳感器經(jīng)過重量標(biāo)定，就可以比較準(zhǔn)確的稱出重量。我們使用的 LCD1602液晶顯示部分程序流程圖包括下圖 所示部分。測體重部分程序流程圖如圖 所示。當(dāng) ADDO從高電平變低電平后， ADSK輸入 24 個時鐘脈沖。amp。amp。超聲波測高部分程序流程圖如圖 所示。液晶顯示初始化使用標(biāo)準(zhǔn)初始化過程，其初始化過程如下所示： 延時 15mS， 寫指令 38H（不檢測忙信號） ， 延時 5mS， 寫指令 38H（不檢測忙信號） ， 延時 5mS， 寫指令 38H（不檢測忙信號） ，（ 以后每次寫指令、讀 /寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號 ）， 寫指令 38H：顯示模式設(shè)置 ， 寫指令 08H：顯示關(guān)閉 ， 寫指令 01H：顯示清屏 ， 寫指令06H：顯示光標(biāo)移動設(shè)置 ， 寫指令 0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置 。 初始化函數(shù)模塊主要包括定時器及中斷的初始化，加上液晶顯示的初始化程序。 1602 讀寫操作時序如圖 [8]： 圖 讀操作時序 圖 寫操作時序 19 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 單片機初始化程序設(shè)計 本設(shè)計的軟件編譯環(huán)境為 Keil uVision4，這種編譯環(huán)境支持 C語言編程。 第 15 腳：背光源正極。 第 6腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令 ，在單片機中連接 。 第 5腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 第 3 腳： VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 圖 1602顯示電路 17 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)及其時序圖 顯 示容量 :162 個字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 字符尺寸 :(WH)mm 其引腳功能見表 所示： 表 1602引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第 1 腳： VSS為地電源。1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 16 LCD1602 液晶顯示模塊 LCD1602 介紹 1602液晶也叫 1602字符型液晶 ， 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等點陣型液晶 模塊它有若干個 5*7 或者 5*11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。 020406080100120140 圖 重量標(biāo)定曲線圖 表 對比表 實際重量（ kg） 0 2 3 10 20 30 40 50 60 70 顯示值（ kg） 0 1 3 10 20 30 40 50 60 70 實際重量（ kg） 80 90 100 110 120 130 140 160 180 200 顯示值（ kg） 80 90 99 109 120 129 138 158 178 197 由標(biāo)定的曲線圖可以看出， YZC1B 稱重傳感器在 3kg 以內(nèi)稱重值不穩(wěn)定，在 3kg150kg內(nèi)測量出的稱重值與實際值基本上相同。所以程序中 AD轉(zhuǎn)換公式為： Weight=(unsigned int） (float)Weight/215 圖 HX711內(nèi)部方框圖 現(xiàn)附錄 HX711 接口電路圖 如下 [7]： VSUP1BASE2AVDD3VFB4AGND5VBG6INNA7INPA8INPB9INNB10PD_SCK11DOUT12XO13XI14RATE15DVDD16HX7110R9NM0R8NM0R5NM0R6NMR220KR1100R3100R40R7NMQ590121uFC31uFC2C410uFC1123456P11234P2 圖 HX711接口電路圖 15 稱重傳感器重量標(biāo)定 為了檢驗稱重傳感器測量值與實際重量之間的誤差，我對稱重傳感器進行了重量的標(biāo)定。 經(jīng)過 AD 轉(zhuǎn)換后輸出的 24bit 數(shù)字值最大為：*2^24/≈ 2147483。 VBG 為模塊兒基準(zhǔn)電壓 =20K,R2=，因此得出VAVDD=。 3 ppm/℃ 輸入共模信號抑制比 增益 =128， RATE=0 100 dB 電源干擾抑制比 增益 =128， RATE=0 100 dB 輸出參考電壓（ VBG） V 外部時鐘或晶振頻率 1 30 MHz 電源電壓 DVDD V AVDD,VSUP 模擬電源電路 （含穩(wěn)壓電路） 正常工作 1600 uA 斷電 數(shù)字電源電路 正常工作 100 uA 斷電 稱重部分 AD 轉(zhuǎn)換基本原理 如圖 HX711內(nèi)部方框圖， HX711可以在產(chǎn)生 VAVDD和 AGND電壓，即 711模塊上的 E+和 E電壓。(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=0 10 Hz 使用片內(nèi)振蕩器， RATE=DVDD 80 外部時鐘或晶振， RATE=0 fclk/1,105,920 外部時鐘或晶振， RATE=DVDD fclk/138， 240 輸出數(shù)據(jù)編碼 二進制補碼 800000 7FFFFF(HEX) 輸出穩(wěn)定時間（ 1） RATE=0 400 mv RATE=DVDD 50 輸入零點漂移 增益 =128 增益 =64 輸入噪聲 增益 =128， RATE=0 50 nV(rms) 增益 =128， RATE= DVDD 90 溫度系數(shù) 輸入零點漂移（增益 =128） 177。 圖 HX711外部管腳圖 HX711 主要電氣參數(shù)如表 。電源（ ～ ）直接取用與 MCU 芯片相同的供電電源。圖 HX711 芯片應(yīng)用于體重測量的一個參考電路圖。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接部件。通道 B 則為固定的 64增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測 [6]。 20mV或177。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。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。 R R R3 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，其工作原理如圖 所示。當(dāng)垂直正 壓力 P 作用于梁上時，梁產(chǎn)生形變， 圖 傳感器受力工作原理 電阻應(yīng)變片 R R2受壓彎拉伸，阻值增加； R R4 受壓縮，阻值減小。 10 HCSR04 模塊實物圖如圖 ： 圖 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。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。一旦檢測到有回波則輸出回響信號。測試距離 =(高電平時間 *聲速(340M/S))/2。 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 。超聲波測高系統(tǒng)原理如圖 所示。 圖 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。 3 個 16位定時器 /計數(shù)器。 6 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]。 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。 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， 5 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。 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。 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。 4 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。 本課題 設(shè)計的電子秤具有基本稱重 、 顯示功能。 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。 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。 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(yuǎn) ,因此超聲波經(jīng)常用于障礙物的距離測量。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。 關(guān)鍵詞： STC89C52 超聲波測高 HX711 液晶 1602