學生體重測量儀的設計與應用

陳彩虹

（渭南師范學院教育科學學院，陜西渭南 714000）

體重是學生最基本、最簡單的健康指數。對于學生來說，體重指標可以顯示他們的發育成長狀態，通過體重檢測可以減少或者盡早發現學生體重異常的并發癥。做為群體性的測量主體，學生的數量很多，需要便利快捷的測重方式。另外，學生的測量數據需要進行階段性的縱向比較和同時期的橫向比較，或者做其他的數據分析，以便對學生的身體狀況進行對比和參照。本文參照這個目的，進行了高精度、便利性的體重測量儀設計。

1 體重測量儀的功能設計

本款體重測量儀在普通體重測量儀的測量顯示功能基礎上，可以實現體重測試系統的智能化、網絡化。另外本款體重測量儀還有一個好處，如果測試現場沒有計算機，可以把測試數據存儲在IC 卡中，在條件方便的時候把卡中的數據轉存到智能測試系統上，這就為學生隨時隨地測量提供了便利。

2 體重測量儀的部件組成及安裝

體重測試儀的部件主要包括連接架、秤盤、液晶顯示器、IC卡等部件，在秤盤與連接架連接的一側，有電源開關、連接螺釘、電源線、標定電位器、數據線接口等，本產品的秤體則由承重板、底座、傳感器、踏板罩等零件組成。

這個體重測試儀的安裝比較簡單，主要分為以下四個步驟：1、顯示部件的電源線和連接架相連；2、顯示部件和連接架相連；3、接通電源；4、用傳感連接器把控制器和體重秤連接起來。

3 體重測量儀的部件功能介紹

3.1 IC 卡接口，卡通過卡座與體重測試儀連接，主要用來存儲相關的測試數據。

3.2 RS—232接口，這個接口的功能是測試系統之間的通信，通過該接口，可以向測試系統發送測試者信息和測試數據等，此接口通過MAX232與單片機的接口連接。

3.3 液晶顯示模塊。使用QX104圖形點陣液晶顯示模塊，這個模塊主要用于顯示被測者的信息和測試結果。

3.4 指示燈。顯示器上的指示燈分別指示電源狀態和是否有IC 卡狀態，以便于測試者調整自己的操作行為。

3.5 聲音提示。通過聲音提示測試者按正確的步驟進行測試

3.6 鍵盤。測試者可以通過鍵盤輸入被測試者身份信息，控制測試進程，存儲測試結果。

4 硬件電路設計

體重測量儀的設計主要分為兩個部分，一方面是硬件電路設計，另一方面是軟件設計。由于體重測量儀的功能要求，相對而言，這個測量儀對于硬件電路設計方面要求較高。其具體設計思想如下：以單片機AT89S52為中央處理器，輔以外圍模擬、數字電路功能模塊，實現從線路接收傳感器傳來的信號到最后顯示輸出的目標。

單片機技術目前在更多的領域被推廣，各種類型的單片機不斷推出，在眾多的單片機選擇中，AT89S52單片機因其優良的性價比在行業應用中居于突出地位。該處理器具有掉電后可恢復、雙向數據指針、8KB 可通過SPI 接口下載的閃存、2KB 片內EEP—ROM、可擦寫10萬次等優良性能。因此本測量儀也把AT89S52單片機做為首要選擇，單片機為體重測量儀的優化功能實現提供了可能。

單片機的線路系統設計包含兩部分工作，一系統擴展，即單片機的功能單元，如ROM、RAM、中斷系統等單元容量不能滿足應用系統的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當的芯片，設計相應的線路。二系統配置，即按照系統功能要求進行外圍配置，如鍵盤、顯示器、打印機等，并要設計合理的接口電路。

對于傳感器的使用，本設計選用的傳感器量程在150Kg，精度在0.03級，靈敏度為2.0上下0.1mV/V，符合本設計對傳感器高靈敏度、抗側向能力強、穩定性好等指導思想。

5 電源設計

本設計同時考慮了功率、電平及抗干擾等問題，總體上在設計時對電源保留了充分的余量，大小系統分別按照消耗功率的1.5倍≈2倍及2≈3倍設計，這樣的電源設計為測試儀的電源保留了充足的浮動空間。電源設計

5.1 變壓器，除了單片機系統、IC 卡需要+5V 直流電源外，A/D 轉換器MAX116還需要一個比較精確的模擬電源5V，考慮到實際測量時，現場常見的電源為220V 交流電源，所以本系統采用直接使用220V 交流電源，經過一系列的變換和處理后，分別給單片機系統、IC 卡、A/D 轉換器MAX116供電。由此形成的變壓器結構緊湊、防震、防潮、阻燃且外形美觀。

5.2 單片機、傳感器和IC 卡都需要5V 數字電源，本測量儀采用三端固定集成穩壓器7805采用前面變壓所得的15V 正電源獲得5V 電源，三端集成穩壓器可以使輸出電壓更穩定，這個三段集成穩壓器使體重測試儀性能穩定發揮得以保障。

5.3 精確電源設計。由于A/D 轉換器中所需要的基準電壓比較高，本設計采用美國半導體公司生產的并聯調整式帶隙可調式基準電壓LM336來穩定LM317的基準電壓，通過調節電位器R4來獲得精密、低溫度系數的電壓輸出A5V.

6 A/D 轉換及MAX1166介紹

6.1 A/D 轉換

這是數據轉換接口前向通道的一個重要環節，數據采集和轉換系統從一個信號源采集模擬信號，并將這些信號轉換為數字形式，以便輸入CPU。

6.2 轉換模塊MAX1166

從性價比來看，美國MAXIM公司生產的MAX1166具有小封裝、動態特性好、適用溫度較寬等優勢，比較適合本設計傳感器對于A/D 要求15位以上的要求，共有20個引腳，分為接地類、模數類、控制信號類。MAX1166的數據線接口為并行接口8位，可以和各種微處理器直接進行接口。

7 通信接口的設計

RS—232接口是最常見的串行通信接口，這個接口常用于點對點接口。通信接口的電路設計一般要用到MAX232芯片，這種電平轉換芯片適用于各種 RS—232接口，在芯片內部有一個電平電壓轉換器，可以把輸入的+5V 電源變換成為RS—232接口輸出電平所需要的正負10V 電壓。

8 IC 卡接口設計

這個設計包括IC 卡、IC 卡的供電電路和信號電路等方面，本系統選用了SIMENS的SLE4428IC 卡，設有兩個字節的密碼，只有通過密碼驗證，才能對卡內沒有設置寫、擦除保護的的內容進行寫擦除，有利于數據的安全性。另外SLE4428IC 卡內置了高壓產生器，只需電源電壓即可進行操作，簡化了接口電路的設計，可直接由單片機驅動。

IC 卡的接口電路是是連接IC 卡與控制器的通路，由它實現對IC 卡的供電，并實現卡不帶電插拔的要求。這功能的實現主要通過接口電路的各條信號線加上緩沖電路，本系統的緩沖電路選用74HC070C 門緩沖器，緩沖器和IC 卡共用同一個電源，便于卡斷電時，接口電路處于不帶電狀態，達到安全、便利的操作效果。

9 液晶顯示器的設計

根據顯示器的顯示要求，本設計選用了7位字段式液晶顯示器QX014，這個液晶顯示器體積小，且接口電路簡單。液晶顯示模塊QX014做為I/O 口設備掛接到單片機的數據總線上，讀寫操作則由單片機的讀寫信號控制，

10 鍵盤設計實現

鍵盤是最常用的單片機輸入設備，本設計在單片機系統中采用了常見的由軟件控制的非編碼鍵盤，硬件電路簡單，用戶可以方便的增減按鍵的數量。由于AT89S52有足夠的I/0口，所以鍵盤采用獨立式按鍵。

11 體重測試儀軟件模塊設計及實現

由于體重測試儀的硬件電路設計不具有通用性，所以，需要另外設置對應的軟件。軟件設計主要按照以上對應功能進行，大致分為5個主要模塊：主程序、液晶顯示模塊、鍵盤掃描模塊、IC 卡模塊、測重模塊。

IC 卡模塊設計實現：使用者可以把卡插入卡座，按開始按鍵，系統將以IC 卡的形式工作，測試者便可將自己的身份信息通過選擇鍵進行輸入，待測試結果穩定后，可以按確定鍵確認測試結果，按存儲鍵存儲測試數據。

測重模塊設計實現：這個模塊可以顯示測試者的身份信息、測試數據、存儲記錄等數據信息。測試者如果沒有設定，將直接默認為測試體重，并能通過顯示器把測試數據顯示出來。

結合學生測試特點，此款學生體重測量儀選用了高性能的單片機和轉換器等元部件，并根據需要設置了相應的軟件來適應硬件電路的需要，使測量儀具有智能化、便利化、精度準等特點，相對于傳統的測量方式，可以更好地滿足學生的體重測量需要。