電子健康秤的設計

孫楠楠， 孫運強， 姚愛琴

（中北大學 儀器科學與動態測試教育部重點實驗室，山西太原 030051）

0 引言

稱重技術自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應用于工農業、科研、交通、內外貿易等各個領域，與人民的生活緊密相連。隨著生活質量的提高，人們對健康的要求越來越高，對人體健康稱重系統的研究具有一定的現實意義和使用價值。

1 電子秤的整體設計及原理

電子秤的工作原理：首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉換成電壓信號。輸出電壓信號通常很小，需要通過放大電路進行準確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經A/D轉換電路轉換成數字量被送入主控電路的單片機中，再經過單片機控制顯示器，從而顯示出被測物體的重量。

本設計中電子秤系統由5個部分組成：控制器部分、測量部分、報警部分、數據顯示部分、鍵盤部分和電路電源部分，系統設計總體方案框圖如圖1所示。

圖 1 電子秤設計框圖

2 系統的硬件電路設計

在本系統中，硬件電路的構成主要有以下幾部分：AT89S52的最小系統構成、鍵盤輸入、數據采集、顯示電路等。

2.1 數據采集部分電路設計

數據采集部分由壓力傳感器和A/D轉換部分構成。用A/D模塊采樣傳感器串聯的電阻兩端的電壓，用單片機計算并驅動顯示。

數據采集部分電路連接如圖2所示。

圖2 數據采集部分電路圖

A/D轉換芯片與AT89S52單片機接口電路接線如圖3所示。

2.2 顯示電路與AT89S52單片機接口電路設計

LM016L液晶模塊采用HD44780控制器。HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現字符移動、閃爍等功能。LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或者4位并行傳輸兩種方式。HD44780控制器由兩個8位寄存器、指令寄存器（IR）和數據寄存器（DR）、忙標志（BF）、顯示數據RAM、字符發生器ROM（DDRAM）、字符發生器RAM（CGRAM）、地址計數器（AC）組成。顯示電路圖如圖4所示。

3 系統軟件設計

3.1 主程序設計

系統上電后，初始化程序將RAM的30H-5FH內存單元清零，P3.0引腳置成高電平，防止誤報警。設計流程圖如圖5所示。

圖3 ADC0832與AT89S52的接線圖

圖4 顯示電路與AT89S52接口電路

3.2 子程序設計

系統子程序主要包括A/D轉換啟動及數據讀取程序設計、顯示程序設計以及報警程序設計等。

3.2.1 A/D 轉換啟動及數據讀取程序設計

A/D轉換子程序主要是指在系統開始運行時，把稱重傳感器傳遞過來的模擬信號轉換成數字信號并傳遞到單片機所涉及到的程序設計。設計流程圖如圖6所示。

3.2.2 顯示子程序設計

顯示子程序主要是來判斷是否需要顯示，以及如何去顯示，也是十分重要的程序之一。而顯示子程序是其他程序所需要調用的程序之一。因此，顯示子程序的設計就顯得舉足輕重，設計的時候也要十分的小心和賣力。設計顯示子程序的流程圖如圖7所示。

圖5 系統主程序流程圖

圖6 A/D初始化流程圖

4 實驗仿真結果

根據本文設計要求，采用LabVIEW軟件進行仿真。圖8即仿真結果圖。

圖 7 LCD顯示子程序

由仿真結果可以看出，當壓力傳感器感受到壓力呈工作狀態時，經過A/D轉換器的轉換，顯示器即可顯示出精確的重量數據。當重量在電子秤的稱重范圍內時，報警器并不工作。經多次實驗，證明此電子秤稱重范圍為：0～100 kg，測量精度為200 g。

圖8 仿真結果圖

5 結論

本文設計的電子秤以單片機為主要部件，用匯編語言進行軟件設計，硬件則以稱重傳感器為主,采用紐扣電池對電子稱提供電源，并通過硬件電路設計，實現電源的轉換。能夠準確測量人體的重量，具有自動上電和關電功能，即：稱上有人（物）時自動上電測量，無人（物）時能斷電處理省電狀態。使用者可以設置上限重量，當體重超過此上限時系統會發出蜂鳴聲報警，有助于控制體重保持健康。此系統可開發成為實物產品，能廣泛應用于人們生產生活中，結構簡單、操作方便，具有一定現實意義和經濟價值。

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