家庭式智能身高體重測(cè)量?jī)x

作者/劉冬冬、劉媛杰、張義舉，塔里木大學(xué)

基金項(xiàng)目：家庭式智能身高體重測(cè)量?jī)x項(xiàng)目號(hào)：201610757046國(guó)家級(jí)大創(chuàng)。

家庭式智能身高體重測(cè)量?jī)x

作者/劉冬冬、劉媛杰、張義舉，塔里木大學(xué)

基金項(xiàng)目：家庭式智能身高體重測(cè)量?jī)x項(xiàng)目號(hào)：201610757046國(guó)家級(jí)大創(chuàng)。

該身高體重測(cè)量?jī)x以單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)易實(shí)用系統(tǒng)，可以較為精確的測(cè)量人體的體重、身高、和環(huán)境溫度濕度。該系統(tǒng)由以下幾部分組成：采用STC89C51單片機(jī)的主控制單元，采用超聲波傳感器的身高測(cè)量單元，采用壓力傳感器的體重測(cè)量單元，采用DHT11溫濕度傳感器的溫濕度測(cè)量單元，采用LED數(shù)碼管的顯示單元。該系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，測(cè)量快速精確，顯示簡(jiǎn)單明了，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的技術(shù)要求。

單片機(jī)；超聲波傳感器；壓力傳感器；溫濕度傳感器

隨著生活水平的提高，物質(zhì)生活已經(jīng)非常滿意，健康就成為了人們追求的另一目標(biāo)。體重和身高作為衡量健康的重要指標(biāo)，我們需要一種能夠快速便捷的測(cè)量身高和體重，并計(jì)算出身高體重比的設(shè)備。所以我們利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)了新型的身高體重測(cè)量?jī)x，該身高體重測(cè)量?jī)x小巧美觀，使用方便，性?xún)r(jià)比高，適合個(gè)人、家庭和醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用，解決了現(xiàn)有裝置存在外界因素干擾大、自動(dòng)化程度低、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性差的缺點(diǎn)，其組成包括有稱(chēng)盤(pán)、超聲波身高測(cè)量支架、超聲波測(cè)距模塊、溫濕度模塊、發(fā)光二極管、LED數(shù)碼管顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊。該裝置具有自動(dòng)化程度高、測(cè)量數(shù)據(jù)精確度高的優(yōu)點(diǎn)，利用數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果，減少了外界因素的干擾。該裝置具有比較廣泛的應(yīng)用范圍。

該家庭式智能身高體重測(cè)量?jī)x的控制器采用STC89C51單片機(jī)，該單片機(jī)價(jià)格便宜，性?xún)r(jià)比高，適合作為小型設(shè)備的處理器。此單片機(jī)可以反復(fù)寫(xiě)入程序，方便程序的調(diào)試和優(yōu)化。片內(nèi)資源比較豐富，充分利用它的片內(nèi)資源，就可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能比較完善的身高體重測(cè)量系統(tǒng)。

體重模塊電路主要依靠壓力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)人體體重的測(cè)量，壓力傳感器的形變引起電阻變化進(jìn)而將人體的體重信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)處理電路的放大和濾波之后，信號(hào)被送入HX71124位高精度A/D轉(zhuǎn)換器。經(jīng)過(guò)高精度A/ D轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)的模擬量轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識(shí)別數(shù)字量，并把數(shù)字量傳送給單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過(guò)數(shù)碼管顯示出所測(cè)量的實(shí)際體重。這種測(cè)量較為方便快捷，精確度比較高，應(yīng)用較為廣泛。

身高測(cè)量模塊主要依靠超聲波傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)人體身高的測(cè)量。超聲波傳感器既能發(fā)出超聲波也能接收超聲波。測(cè)量人體的身高時(shí)，首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到到遇到頭頂返回所經(jīng)歷的時(shí)間，然后再根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度，就可以計(jì)算出超聲波傳感器距離頭頂?shù)木嚯x。由于超聲波傳感器距離地面的距離是定值，就可以計(jì)算出被測(cè)量人的身高。

身高和體重分別測(cè)量出來(lái)之后，利用BMI的計(jì)算公式BMI=體重（kg）/身高（m）2，計(jì)算出身高體重指數(shù)，可以了解自己的健康狀態(tài)。為了更方便直觀的顯示健康狀況，該裝置用三個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管來(lái)表示不同的健康狀態(tài)。當(dāng)體重偏瘦時(shí)黃色二極管亮。當(dāng)體重正常時(shí)綠色二極管亮。當(dāng)體重偏胖時(shí)紅色二極管亮。通過(guò)發(fā)光二極管的顏色，可以方便直觀的了解自己的健康狀況。

測(cè)溫濕度模塊主要依靠DHT11溫濕度傳感器來(lái)測(cè)量所處環(huán)境的溫度和濕度，該傳感器是一個(gè)復(fù)合傳感器，傳感器包括一個(gè)電阻式感濕原件用來(lái)測(cè)量濕度，一個(gè)NTC測(cè)溫元件用來(lái)測(cè)量溫度。該傳感器具有響應(yīng)速度迅速、測(cè)量精確度較高、性?xún)r(jià)比極高、可以同時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度和溫度等特點(diǎn)。當(dāng)環(huán)境中的溫度和濕度發(fā)生變化時(shí)，濕度傳溫度感器和濕度傳感器迅速作出相應(yīng)的變化，然后引起電阻阻值的變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓缓蟀央妷盒盘?hào)的模擬量經(jīng)過(guò)高精度A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后送入到單片機(jī)中。單片機(jī)對(duì)送入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理計(jì)算并得到實(shí)際的溫度和濕度值，然后通過(guò)顯示模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和濕度的實(shí)時(shí)顯示。

顯示模塊電路主要依靠LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描來(lái)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示，利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)和數(shù)碼管的余暉效應(yīng)使人眼看不出數(shù)碼管閃爍。LED數(shù)碼管有能耗低，編程簡(jiǎn)單，顯示清晰，性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。并且LED數(shù)碼管在晚上也可以清楚的顯示測(cè)量信息，故選用LED數(shù)碼管作顯示模塊。

圖1

電源模塊由5V電源供電。由于該裝置所有元件的電源部分都是用5V電源驅(qū)動(dòng)，所以該裝置由統(tǒng)一的5V電源供電。低壓供電具有安全可靠，節(jié)能減排的優(yōu)點(diǎn)。并且5V電源比較普及，平時(shí)可以用充電寶作為該裝置的供電電源。

該裝置的工作過(guò)程為：接入電源，當(dāng)人站在秤盤(pán)上時(shí)，測(cè)量模塊開(kāi)始工作迅速測(cè)量出身高體重，并且計(jì)算出MBI值。通過(guò)顯示電路將測(cè)量值顯示在LED數(shù)碼管上，同時(shí)發(fā)光二極管亮提醒測(cè)量者的健康狀況。當(dāng)不測(cè)量身高體重時(shí)，按下切換按鈕，此時(shí)啟動(dòng)溫濕度測(cè)量模塊，實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度，并通過(guò)顯示電路由數(shù)碼管顯示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用KEIL調(diào)試工具，編程語(yǔ)言采用了我們比較熟悉的C語(yǔ)言，C語(yǔ)言具有編程簡(jiǎn)單，可讀性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。方便我們不斷優(yōu)化系統(tǒng)，以達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

該家庭式智能身高體重測(cè)量?jī)x控制系統(tǒng)功耗低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠。爭(zhēng)取利用最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的元件，來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求，并達(dá)到一定的精確度。該裝置適用于大部分家庭，應(yīng)用市場(chǎng)較為廣泛。

＊ [1]林立.單片機(jī)原理及應(yīng)用（第二版）.電子工業(yè)出版社，2009

＊ [2]童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.高等教育出版社，2009

＊ [3]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程.電子工業(yè)出版社，2009

＊ [4]邊莉.51單片機(jī)基礎(chǔ)與實(shí)力進(jìn)階.清華大學(xué)出版社，2012

＊ [5]譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言設(shè)計(jì)（第三版）.清華大學(xué)出版社，2005

＊ [6]徐愛(ài)鈞，徐陽(yáng).Keil C51單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言應(yīng)用編程與實(shí)踐.電子工業(yè)出版社，2013