基于單片機(jī)的坐墊式體重秤

章程 黃靖濤 李高云 閆鈺婧 唐杏 西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院

體重秤是我們生活中十分常見(jiàn)的一種工具，體重計(jì)最早可追溯到公元前2400年至1800年印度河流域，真正現(xiàn)代意義上的體重秤是由達(dá)芬奇改進(jìn)和發(fā)明的。從過(guò)去的機(jī)械式體重秤發(fā)展到了到目前廣為使用的電子體重秤。但縱觀現(xiàn)在的電子體重秤，幾乎都是依賴于稱重傳感器（依靠機(jī)械壓力獲取數(shù)據(jù)）。我們研究的課題主要是要將體重秤的稱重原理引入一個(gè)全新的領(lǐng)域——依靠氣壓傳感器及單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，換算出重力值。坐墊式體重秤就是通過(guò)氣壓傳感器及單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換來(lái)測(cè)量重力。

1 基于單片機(jī)的坐墊式體重秤的模型設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)模型：

單片機(jī)與電腦連接，通過(guò)將電腦中程序輸入單片機(jī)中，單片機(jī)與氣壓傳感器間靠導(dǎo)線連接，傳感器與氣墊間靠氣管連接，保證不漏氣，密封良好，這樣就可以將氣壓值轉(zhuǎn)換為重力值。

1.2 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

根據(jù)模型，使用材料連接實(shí)物，最終通過(guò)在坐墊上放置不同質(zhì)量的物體，依靠單片機(jī)的輸出，在顯示屏上可以看到相應(yīng)的重力值。

2 工作原理及硬件設(shè)計(jì)：

2.1 工作原理：

氣墊有初始?xì)鈮褐?，在氣墊上放置一定質(zhì)量物體后，將會(huì)得到另一氣壓值。氣壓值與重力值之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)氣壓之間的差值，使用合理算法，算出重力值，將此程序輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)將會(huì)對(duì)氣壓傳感器所得數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的重力值。

2.2 制作流程：

（1）購(gòu)買所需設(shè)備，元器件及材料。按照實(shí)驗(yàn)方案組裝實(shí)驗(yàn)器材并開(kāi)始查閱相關(guān)文獻(xiàn)及資料。

（2）進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，通過(guò)電腦記錄所得參數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立函數(shù)模型。將函數(shù)模型用C語(yǔ)言編程并輸入單片機(jī)，進(jìn)行整個(gè)裝置的調(diào)試分析。

（3）將項(xiàng)目投入實(shí)際測(cè)試（目標(biāo)為不同人群），并收集測(cè)試結(jié)果。

（4）對(duì)項(xiàng)目的外觀進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，進(jìn)一步測(cè)試項(xiàng)目的穩(wěn)定性。

2.3 說(shuō)明

（1）本產(chǎn)品研究主要分為三個(gè)部分:即實(shí)物制作，實(shí)驗(yàn)求值，產(chǎn)品調(diào)試。

（2）采取的主要研究方法有:實(shí)驗(yàn)法，觀察法，函數(shù)法。

（3）函數(shù)模型的建立分為信息采集，信息處理，信息輸出三個(gè)環(huán)節(jié):

A.信息采集:利用氣壓傳感器采集氣囊中氣壓的變化情況；

B.信息處理:通過(guò)實(shí)驗(yàn)記錄氣壓隨重量變化，將此變化規(guī)律通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)化為函數(shù)，再將函數(shù)編成算法輸入單片機(jī)中，利用單片機(jī)處理所得氣壓值，并轉(zhuǎn)化為重量值；

C. 信息輸出:將轉(zhuǎn)化所得的重量值參數(shù)輸出到1602液晶顯示屏上。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：

3.1 STC15F2K60S2單片機(jī)小系統(tǒng)板

開(kāi)發(fā)板上集成了USB轉(zhuǎn)串口芯片(CH340G)，采用電腦的USB口就可以對(duì)開(kāi)發(fā)板下載程序。同時(shí)也可以用USB口為開(kāi)發(fā)板供電。集成的USB轉(zhuǎn)串口(TTL)可以單獨(dú)作為USB轉(zhuǎn)TTL與外部電路TTL電路進(jìn)行通訊，通過(guò)板上JP4跳冒選擇OUT端。所有IO口引出，一個(gè)USB轉(zhuǎn)TTL排針(3PIN)。一個(gè)用戶LED燈串口收發(fā)LED各一個(gè)，一個(gè)串口USB供電LED一個(gè)CPU供電LED 3.3V 5V對(duì)外供電接口USB轉(zhuǎn)TTL排針接口，可單獨(dú)作為USB轉(zhuǎn)TTL用4個(gè)螺絲定位孔，方便定位同時(shí)防止電路板短路。一個(gè)冷啟動(dòng)下載按鈕，同時(shí)也是電源開(kāi)關(guān)。

3.2 MPXV7002系列壓阻式傳感器

MPXV7002系列壓阻式傳感器是最新型的單晶硅傳感器，采用小外形封裝。該傳感器應(yīng)用范圍廣泛，特別適用于那些采用帶A/D輸入的微控制器或微處理器的應(yīng)用。這款獲得專利的單元件傳感器結(jié)合先進(jìn)的微機(jī)械技術(shù)、薄膜金屬化和雙極處理，提供與施加的壓力成正比的精確的高電平模擬輸出信號(hào)。既可以測(cè)量正壓，也可以測(cè)量負(fù)壓。此外，它采用特定的2.5V偏移替代了傳統(tǒng)的0V，這個(gè)新系列傳感器允許每個(gè)端口測(cè)量的壓力高達(dá)7kPa，可以應(yīng)用于壓力檢測(cè)，也適用于真空檢測(cè)(詳細(xì)信息請(qǐng)參見(jiàn)數(shù)據(jù)手冊(cè)中的傳遞函數(shù))。

3.3 1602液晶屏

由于1602LCD每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。所以顯示質(zhì)量高。1602液晶屏都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。1602液晶模塊通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示屏要輕得多。相對(duì)而言，1602液晶顯示屏的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示屏要少得多。

4 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）創(chuàng)新性:采用氣壓傳感器作為信息采集方式；

（2）通用性:利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換；

（3）直觀性:通過(guò)1602液晶顯示器顯示體重?cái)?shù)據(jù)；

（4）方便性:體積小，易于攜帶，運(yùn)輸和儲(chǔ)藏；

（5）實(shí)用性:結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，適合投入大規(guī)模生產(chǎn)；

（6）精確性:誤差較小，受干擾因素較少。

4.2 應(yīng)用

該產(chǎn)品是一個(gè)創(chuàng)新性和實(shí)用性都很強(qiáng)的“坐墊式體重秤”，它能夠讓傷殘人士和腿腳不便的老年人能夠方便舒適的秤體重。不僅可以批量應(yīng)用于醫(yī)院、養(yǎng)老院等機(jī)構(gòu)，還可以憑借所占空間小的優(yōu)勢(shì)放置在家中。

5 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的這種以單片機(jī)為核心的坐墊式體重秤，將氣墊上放置重物前后氣壓差值轉(zhuǎn)換成重力值，測(cè)出了體重。避免了老年人，殘疾人士等行動(dòng)不便的人群站立測(cè)體重。并且以一個(gè)坐墊的形式，讓這些人群可以隨時(shí)隨地，舒舒服服的秤出自己的體重，告別傳統(tǒng)體重計(jì)的弊端，讓稱體重也成為一種舒適的享受。

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