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畢業(yè)論文-基于單片機(jī)的身高體重測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)-在線瀏覽

2024-12-24 19:30本頁(yè)面
  

【正文】 當(dāng) EA 端接高電平時(shí),單片機(jī)則執(zhí)行內(nèi)部 ROM 中的指令。 VCC 引腳為單片機(jī)的電源正極接 5V 電源電壓, GND 為單片機(jī)的電源地。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖如圖 32 所示。標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 電平比較高,而常用的 TTL 電平最高為 5V,如果需要通信那么在硬件連接上必須進(jìn)行兩種電平的轉(zhuǎn)換。 MAX232 的供電電壓為 5V,外圍電路簡(jiǎn)單只有幾個(gè) 104 瓷片電容。8 腳( R2in)、 9 腳( R2out)、 10 腳( T2in)、 7 腳( T2out)構(gòu)成第二數(shù)據(jù)通道。RS232 數(shù)據(jù)從 R1in、 R2in 輸入到 MAX232 芯片轉(zhuǎn) 換成 TTL 數(shù)據(jù)后從 R1out、 R2out 輸出 [6]。 圖 33 串口通信電路 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(jì)) 6 超聲波模塊接口電路 本設(shè)計(jì)使用 HCSR04 超聲波模塊來測(cè)量人體的身高,該模塊共有四個(gè)引腳,其中 1 腳為電源正極,其典型的工作電壓為 5V, 4 腳為電源地。超聲波模塊接口電路如圖34所示。 本設(shè)計(jì)的按鍵接口如圖 35 所示,在正常情況下按鍵所接的引腳均為高電平,當(dāng)按鍵按下時(shí)單片機(jī)的引腳與電源地相連即其輸入變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C(jī)通過檢測(cè)引腳上的電平變化即可以檢測(cè)按鍵是否按下 [9]。 圖 35 獨(dú)立按鍵電路 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(jì)) 7 液晶屏電路 本設(shè)計(jì)采用的是 ZX12864R 液晶模塊。數(shù)據(jù)總線可選擇 8位或 4位并行 /3 位串行,電源電壓 ,具有光標(biāo)顯示、睡眠模式、自定義字符、畫面移位等功能。第 3腳 V0 為對(duì)比度調(diào)節(jié)輸入?yún)⒖茧妷?,在本設(shè)計(jì)中將其接在一個(gè)電位器的滑動(dòng)端,通過調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)其滑動(dòng)端輸出電壓,從而達(dá)到了調(diào)節(jié)液晶對(duì)比度的目的。第 5 腳 RW 為并行的讀寫選擇端,串行模式下為數(shù)據(jù)端口。第 7 到第 14 引腳為八位并行數(shù)據(jù)端口,在本設(shè)計(jì)中液晶的工作模式為 8 位并行模式,所以這八個(gè)引腳與單片機(jī)的 P0 口相連。第 17 腳 RST 為復(fù)位引腳低電平有效。第 16腳和第 18 引腳 空接。 圖 36 液晶屏模塊 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(jì)) 8 蜂鳴器電路 蜂鳴器是一種電子訊響器,本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器作為提示設(shè)備,用于在按鍵按下或進(jìn)行其他操作時(shí)發(fā)出提示音。其電路原理圖如圖 37 所示。模塊內(nèi)部集成了時(shí)鐘電路、穩(wěn)壓電源等外圍電路,具有抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、集成度高等特點(diǎn)。兩路可選擇差分輸入,通道 A 模擬差分輸入可直接與全橋電路的差分輸出端相連。這些增益所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓分別是177。 40mV,本設(shè)計(jì)中使用的是 HX711 模塊的 A通道。 HX711 AD 轉(zhuǎn)換器模塊接口電路如圖 38 所示。當(dāng)傳感器空載時(shí)每個(gè)傳感器內(nèi)部的兩個(gè)電阻的阻值均相同,當(dāng)有負(fù)載時(shí)傳感器內(nèi)部的兩個(gè)電阻的阻值一個(gè)增大一個(gè)減小但總阻值保持不變。 如圖 391 為全橋電路實(shí)物連 接圖, E+ 和 E 為差分電壓的輸入端,接在 HX711 AD轉(zhuǎn)換器模塊的電源輸出上。當(dāng)傳感器空載時(shí)四個(gè)傳感器內(nèi)部的兩個(gè)電阻阻值均相同,對(duì)應(yīng)到 圖 392 全橋電路原理圖中 R R R R4 的阻值均相同,所以 A+ 和 A 之間的差分電壓為零。 圖 391 全橋電路實(shí)物連接圖 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)) 10 圖 392 全橋電路原理圖 總體硬件電路及其工作原理 整個(gè)系統(tǒng)由 9V 適配器供電經(jīng)過 LM2940 穩(wěn)壓模塊輸出 5V 電源為整個(gè)系統(tǒng)供電,上電后電源指示燈點(diǎn)亮。超聲波傳感器模塊則直接與單片機(jī)相連,通過 IO 口控制其產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)和讀取返回信號(hào)。通過檢測(cè)單片機(jī)引腳的電平可以檢測(cè)按鍵是否按下從而實(shí)現(xiàn)發(fā)送、保持、校準(zhǔn)等功能,當(dāng)按鍵按下時(shí)由單片機(jī)控制的蜂鳴器也會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)的提示音。電路的實(shí)物如圖310 所示。 軟件部分包括主程序、系統(tǒng)的初始化程序、HX711 AD 轉(zhuǎn)換器通信程序、按鍵檢測(cè)程序、超聲波信號(hào)發(fā)射及接收程序、液晶屏幕驅(qū)動(dòng)程序。在正常測(cè)量狀態(tài)下依次檢測(cè)“校準(zhǔn)”“發(fā)送”“保持”按鍵是否按下,若“校準(zhǔn)”和“發(fā)送”按鍵按下單片機(jī)則執(zhí)行相應(yīng)的操作,若“保持”按鍵按下則進(jìn)入保持狀態(tài)。在正常測(cè)量狀態(tài)下若沒有按鍵按下那么系統(tǒng)則一直測(cè)量并顯示當(dāng)前的重量和高度值。 開 始初 始 化 液 晶 、串 口 、 定 時(shí) 器校 準(zhǔn) 鍵 檢 測(cè)保 持 鍵 檢 測(cè)讀 取 重 量和 高 度 并 顯 示保 持 鍵 檢 測(cè)電 子 稱 校 準(zhǔn)發(fā) 送 信 息到 上 位 機(jī)保 持 模 式發(fā) 送 鍵 檢 測(cè)否否否是是是否是 圖 41 主 函數(shù) 的流程圖 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)) 12 主程序: void main(void) { lcdreset()。 //初始化串口 定時(shí)器 clrscreen()。 if(Key_Scan(3)) Correct_w。 //開蜂鳴器提示 Number++。i4。 while(!TI)。 } beep=1。 //狀態(tài)變量變?yōu)楸3譅顟B(tài) weight = Read_Count()。 //顯示體重值 height = sonic()。 //顯示身高值 break。 //狀態(tài)變量變?yōu)檎?狀態(tài) break。 } } } 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)) 13 系統(tǒng)初始化函數(shù)的編寫 本設(shè)計(jì)中因?yàn)槌暡K需要用定時(shí)器來測(cè)量超聲波脈沖的傳播時(shí)間,另外系統(tǒng)工作時(shí)需要向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù),所以在程序開始時(shí)需先初始化單片機(jī)定時(shí)器和串行端口相應(yīng)的寄存器 [12]。 //設(shè)置串口工作模式 SM1=1。 //設(shè)置定時(shí)器工作模式 TH1=0xfd。 //開定時(shí)器 1 } HX711 AD 轉(zhuǎn)換器通信函數(shù)的編寫 HX711 AD 轉(zhuǎn)換芯片的串行通訊線由管腳 SCK 和 DT 組成, DT 為數(shù)據(jù)線, SCK 用于時(shí)鐘信號(hào)的輸入和選擇輸入通道和增益的大小。當(dāng) DT 變?yōu)榈碗娖胶螅硎?AD 轉(zhuǎn)換器準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù),這時(shí) SCK 應(yīng)輸入 25 到 27 個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖。第 25 到 27個(gè)時(shí)鐘脈沖用來選擇下一次轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益。 HX711 AD 轉(zhuǎn)換器芯片的讀寫時(shí)序如圖 43所示。 unsigned char i。 //先將 時(shí)鐘線拉低 Count=0。 //等待 HX711 準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù) for(i=0。i++) //逐位讀取 24 位 AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換好的值 { ADSK=1。 //變量左移一位 ADSK=0。 //最低位置一 } } ADSK=1。 //最高位取反 ADSK=0。 //轉(zhuǎn)為實(shí)際的重量值 Count=Correct_wCount。 //重量值返回 } 按鍵檢測(cè)函數(shù)的編寫 在本文 節(jié)可知,按鍵的檢測(cè)主要是檢測(cè)單片機(jī) IO 是否出現(xiàn)低電平。 在理想情況下若單片機(jī)的 IO 口出現(xiàn)低電平即可認(rèn)為是對(duì)應(yīng)的按鍵按下,但在實(shí)際情況下由于按鍵在閉合和斷開的瞬間觸點(diǎn)會(huì)存在抖動(dòng)現(xiàn)象,所以按鍵所連接的 IO 口上就會(huì)出現(xiàn)一些雜波信號(hào)造成單片機(jī)的檢測(cè)錯(cuò)誤,如圖 44 所示。本設(shè)計(jì)在按鍵按下后以及松手后的瞬間加入了一個(gè) 短時(shí)間的延時(shí)函數(shù)來濾除這段時(shí)間內(nèi)的雜波信號(hào),該濾波程序?qū)Ω哳l雜波信號(hào)的濾除具有很好的效果,另外通過在程序中加入松手檢測(cè)有效的避免了單片機(jī)多次檢測(cè)的情況。 //延時(shí)濾波 if(key1==0) //濾波后再次檢測(cè) { while(!key1)。 //認(rèn)為按鍵按下 返回值為真 1 } else { return 0。 //若第一個(gè)按鍵沒有按下 返回 0 } break。 } } 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)) 16 超聲波模塊函數(shù)的編寫 超聲波模塊的控制端口 Trig 產(chǎn)生一個(gè) 10us以上的高電平該模塊內(nèi)部將自動(dòng)發(fā)出 8 個(gè)周期頻率為 40KHz 的超聲波脈沖信號(hào)。若在超聲波脈沖發(fā)射后打開單片機(jī)的定時(shí)器開始計(jì)時(shí)收到超聲波回波信號(hào)后關(guān)閉定時(shí)器那么定時(shí)間即為超聲波脈沖在空氣中的傳播時(shí)間,通過公式:測(cè)量距離 =(傳播時(shí)間 *聲速 (340m/s))/2 即可算出傳播距離。 圖 45 超聲波模塊時(shí)序 圖 讀取距離的函數(shù): int sonic(void) { unsigned int n。 //將 RX(接收引腳 )置為高電平 TR0=0。 //定時(shí)器清零 Pulse()。 //定時(shí)器開始計(jì)時(shí) TF0=0。n70。 //延時(shí) while( RX ==1 amp。 TF0 == 0 )。 //關(guān)定時(shí)器停止計(jì)時(shí) if(TFO) //定時(shí)器溢出則判斷為無信號(hào)返回 n=999。 //整合定時(shí)時(shí)間 n=(unsigned int)( n*)。 //減去承重板到地面距離 } return n。寫數(shù)據(jù)的作用是將想要顯示的字符、漢字寫入液晶進(jìn)行顯示。讀狀態(tài)操作的作用是查看液晶的狀態(tài),液晶屏幕在接受指令前,單片機(jī)需要先確認(rèn)液晶屏幕內(nèi)部處于非忙碌狀態(tài),即讀取 BF 標(biāo)志時(shí) BF需為 0,方可接受新的指令。液晶的讀寫時(shí)序如圖461和 462 所示。 //檢查是否可以接收指令 RS=0。 //RW 為讀寫選擇信號(hào) 寫命令 RW=0 E=1。 //將命令送到數(shù)據(jù)總線 delay(5)。 //禁止使能 delay(5)。 //檢查是否可以接收指令 RS=1。 //RW 為讀寫選擇信號(hào) 寫數(shù)據(jù) RW=0 E=1。 //將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線 delay(5)。 //禁止使能 delay(5)。 //RS 為指令 /數(shù)據(jù)選擇信號(hào) 寫命令 RS=0 RW=1。 //液晶使能 Lcd_Bus=0xff。0x80)==0x80)。 //禁止使能 } 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)) 19 5 開發(fā)平臺(tái)及調(diào)試 本設(shè)在計(jì)制作過程中使用了 很多開發(fā)平臺(tái)和實(shí)物工具,本章將詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)過程中所使用到的開發(fā)平臺(tái)以及整個(gè)系統(tǒng)的制作過程。為確保設(shè)計(jì)電路的正確性,首先在萬用板上焊接好各模塊電路,上電對(duì)各模塊進(jìn)行分析驗(yàn)證,各模塊電路測(cè)試無誤后用 Altium Designer 軟件將測(cè)試好的電路原理圖畫好,利用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)將各模塊電路連接起來,然后對(duì)原理圖進(jìn)行檢查。 PCB 設(shè)計(jì)完成后對(duì)其進(jìn)行 DRC 電氣規(guī)則檢 查,無誤后即可發(fā)廠制板。電路板檢查完成后上電燒錄程序,燒錄成功后即可將電路板與液晶模塊、全橋電路、超聲波模塊相連接進(jìn)行測(cè)試。整體實(shí)物圖如圖 51所示。 本次設(shè)計(jì)在原理圖和 PCB 的設(shè)計(jì)上主要使用了 Altium Designer 軟件。 該 軟件把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB 繪制、自動(dòng)布線、信號(hào)完整性分析技術(shù)融合 在一起 ,為 電路 設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案 [14]。 圖 52 Altium Designer 操作界面 軟件的調(diào)試 本設(shè)計(jì)中所用到的可編程器件只有單片機(jī),所以軟件設(shè)計(jì)的核心在于對(duì)單片機(jī)的編程。完成上述工作后將本設(shè)計(jì)中用到的各個(gè)模塊分別建立工程單獨(dú)調(diào)試。各個(gè)模塊調(diào)試成功后將各模塊的功能函數(shù)封裝到不同的 .c 文件中再將其中需要主程序調(diào)用的函數(shù)、變量、頭文件等在對(duì)應(yīng)的 .h 文件中聲明。將之前封裝好的 .c 和 .h各文件添加入到工程中,在主函數(shù)所在的 .c 文件中將各模塊的 .h 文件包含進(jìn)來即可在主函 數(shù)中調(diào)用各個(gè)功能函數(shù) [15]。 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)) 21 軟件的開發(fā)平臺(tái) 本次設(shè)計(jì)的軟件開發(fā)平臺(tái)為 Keil。 Keil 提供了包括 C編譯器 、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案
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