簡易綜合體質測量儀探討

趙娟 張子康 郭建國

摘要：簡易綜合體質測量儀以51單片機（STC89C52RC）為控制系統核心，使用RC522射頻模塊讀取校園卡信息；通過稱重壓力傳感器檢測壓力變化經計算得到體重；用超聲波測距模塊檢測與人體頭部之間的距離計算得到人體身高；通過肺活量傳感器測量人體肺活量數據，最后通過與標準值比較判斷出人體綜合體質是否合格。

關鍵詞：體質測量儀；控制系統；射頻模塊；超聲波模塊；壓力傳感器；肺活量傳感器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH776 文章編號：1009-2374（2016）10-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.030

近年來，體質健康問題越來越被人們關注，做體質檢測的人也越來越多。本文研究一種簡易的綜合體質測量儀器，可幫助人們隨時了解自己的體質健康狀況。本儀器基于51單片機控制，可測量人體的身高、體重、肺活量，并將測試結果通過液晶顯示屏顯示出來，還可無線傳輸到電腦上或以短信形式發送到手機上，自動記錄每次體質測量的結果。

1 設計方案

以51單片機作為控制系統核心進行模塊控制和數據處理，分別采用超聲波模塊、稱重壓力傳感器、肺活量傳感器對人體的身高、體重、肺活量進行測量。通過WiFi模塊進行無線數據傳輸，GSM模塊用于短信發送，使用RC522射頻模塊讀取校園卡信息記錄不同人的測量數據。系統總體設計如圖1所示：

1.1 控制系統模塊

本儀器采用宏晶公司的STC89C52單片機作為系統的控制器。STC89C52單片機操作簡單、自由度大、成本低，可實現對數據的處理和對電路的控制功能，被廣泛應用于各個領域。

以51單片機為控制系統核心，通過I/O口、串口、IIC總線等與各模塊電路進行數據傳輸與命令發送，從而完成對全局電路的控制。控制系統電路圖如圖2所示。

1.2 刷卡模塊

使用RC522射頻模塊讀取卡號信息。進行體質測量的人可刷卡后開始測量，系統會根據讀取的卡號建立相應的數據庫進行數據記錄，方便使用者掌握自己體質的變化情況。

1.3 距離檢測模塊

采用超聲波測距模塊。超聲波測距模塊具有傳輸距離遠、指向性強、精度高的特性，被廣泛用于距離測量。

超聲波測距的基本方法是TOF（Time of Flight）渡越時間檢測法。測量原理：超聲模塊受到單片機發出的脈沖信號激勵后，發射超聲波，同時啟動計時器。超聲波遇到物體后被反射，超聲模塊接收到反射回來的波后停止計時，根據發射與接收的時間差和超聲波傳播速度可以計算出與被測物體的距離。計算公式為：d=c×t/2。式中：d為被測物距離；c為超聲波傳播速度；t為時間差。測量身高時將超聲波測距模塊固定在距地面h處，用h減去d即得到身高。

1.4 稱重模塊

稱重模塊采用懸臂梁稱重壓力傳感器。傳感器采用強度較高的金屬材料制作，表面裝有電阻應變片，當受到外界壓力時會產生變形，電阻應變片電阻值發生變化，進而改變輸出電壓，將輸出電壓通過HX711運算放大器放大處理后采集計算即可得到重量信息。稱重壓力傳感器電路圖如圖4所示：

1.5 肺活量檢測模塊

肺活量檢測模塊采用MPX2010DP肺活量傳感器。肺活量傳感器為壓阻式硅壓力傳感器，傳感器在每個芯片上集成了應變片和薄膜電阻網絡。傳感器通過激光調校實現精確的量程和偏移量校準以及溫度補償，可提供精確的線性電壓輸出，與施加的壓力成正比。對著肺活量傳感器吹氣，增大了傳感器內部的壓強，改變了電阻阻值，使得輸出的電壓變大，將輸出的電壓放大處理后即可計算出肺活量大小。肺活量傳感器電路圖如圖5所示：

1.6 無線傳輸模塊

使用WiFi模塊作為無線傳輸模塊。WiFi（Wireless Fidelity）是類似于ZigBee的一種WLAN的技術標準，是一種短程無線傳輸技術，能夠在數百米范圍內支持互聯網接入的無線電信號。利用其數據無線傳輸功能可將被測數據和刷卡信息無線傳輸到平板電腦上。WiFi模塊電路圖如圖6所示：

1.7 短信發送模塊

短信發送模塊采用GSM模塊。GSM模塊是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統、GSM射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功能模塊。GSM模塊具有發送SMS短信、語音通話、GPRS數據傳輸等基于GSM網絡進行通信的所有基本功能。利用其數據短信發送功能，可將個人體質指標等信息發送到指定手機上。

1.8 顯示模塊

本系統需顯示卡號、身高、體重、肺活量等信息，內容包括漢字、字母、數字等。12864液晶屏自帶中文字庫，能夠顯示漢字、數字、字母等信息，屏幕寬大、顯示信息量大、字跡清晰，故用作顯示模塊。

2 程序設計

2.1 程序設計思路

使用Visual C++ 6.0編程軟件進行C語言編程，先對各個模塊單獨進行編程，測試完成功能后進行模塊化處理，最后將各模塊進行整合處理，得到完整的程序。

2.2 程序流程圖

程序流程圖如圖7所示。

3 測試方案與結果

3.1 測試儀器

測試儀器如表1所示：

3.2 測試方案與條件

根據設計要求，擬定測試方案。依次測試射頻模塊、超聲波測距模塊、稱重壓力傳感器、肺活量傳感器是否正常，多次測量，并將所測數據與標準值進行比較，計算誤差率。另外，進行無線傳輸和短信發送實驗，檢測無線模塊是否可以完成指定功能。

3.3 測試結果

3.3.1 身高測試結果：

3.4 結果分析

從測試結果來看，存在一定的誤差，但誤差均在允許范圍之內，滿足測量精度要求。各模塊運行均正常，完成了相應功能。

4 結語

簡易綜合體質測量儀可完成讀取校園卡信息，精確測量身高、體重、肺活量等功能，并自動計算判別體質是否合格。另外，可將所測數據無線傳輸到電腦中并以短信形式將體質指標發送到個人手機上，具有很好的應用前景。

參考文獻

[1] 張海鷹，高艷麗.超聲波測距技術研究[J].儀表技術，2011，（9）.

[2] 曾強.WIFI無線傳感器網絡的設計與實現[D].中北大學，2012.

作者簡介：趙娟（1980-），女，山東濱州人，濱州學院電氣工程系講師，碩士，研究方向：電氣工程。

（責任編輯：蔣建華）