毕业设计（论文）-身高体重测量仪设计.doc

五邑大学本科毕业设计 摘 要随着现代生活越来越数据化，和人们日益注重自己的身体健康，（市场上使用的传统称重工具早已满足不了人们的要求）。大家对身高体重测量仪的要求越来越高。而身高体重测量仪的精度和功能多样化也成为了人们关注的焦点。本课题研究的是身高体重测量仪，测量身高运用的是超声波测距原理，测量体重通过压力传感器进行模数转换单元，两者再配合单位转换的按键，通过无线收发把数据传到单片机处理数据，并计算出人体BIM指数，再由LCD液晶显示屏显示。这款身高体重测量仪使用和携带出外更加方便，有体积小，重量轻等优势，同时显示人体BIM指数，让人们直观了解自己的健康情况。关键词 单片机；超声波测距；压力传感器；无线收发；BIM指数全套图纸加扣 3012250582AbstractWith the development of social science and technology, mechanical automation, transportation and industrial and agricultural production has been replaced by modern science and technology, especially the developed countries, electric actuator is everywhere. This topic is the study of the brushless dc motor (BLDCM), brushless dc motor is in the new century with its excellent control performance, such as small volume, light weight, high efficiency advantages, such as making its widely application field gradually.And brushless dc motor has the advantages of traditional dc motor, making it become a mainstream is inevitable things instead of traditional dc motor, the study of brushless dc motor control and application prospect are also important. This topic mainly studies related to drive circuit of brushless dc motor and its driver, through the program to adjust its speed and positive &negative, braking and speed measuring function.Through the above study, further deepen the brushless dc motor drive circuit, driver and single-chip microcomputer control technology to understand!Keywords：microcontroller; Infrared speed; Motor drive;II五邑大学本科毕业设计目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1称重技术的发展11.2身高体重测量仪的设计意义11.3本章小结2第二章 系统方案设计32.1身高体重测量仪的设计要求32.2系统工作原理32.3身高系统方案论证与选型42.3.1控制器模块的选择42.3.2采集测量模块的选择52.3.3按键模块的选择62.3.4显示模块的选择62.4体重系统方案论证与选型42.4.1控制器模块的选择42.4.2采集测量模块的选择52.4.3按键模块的选择6 2.4.4显示模块的选择6 2.5本章小结7第三章 系统硬件设计83.1基于单片机的主控电路83.1.1单片机简介8 3.2重量测量电路103.2.1 HX711的作用103.2.2 HX711的特点103.2.3 HX711引脚说明113.2.4具体电路设计113.3 超声波电路 3.3.1 CX20106A的作用，特点等。三极管组成的图腾柱驱动电路 跟上面一样，还有加一些说明超声波的传输特性，引入了温度补偿，然后就有下面的温度电路3.3 温度电路123.3.1 DS18B20的作用与参数123.3.2 具体电路设计13 3.5 电源电路163.5.1 UC34063的作用与特性16 3.5.2 boost开关电源的特性3.5.3 具体电路设计163.6 A/D转换电路（主要是测体重那块芯片）163.6.1 数据输入的处理163.6.2 具体电路设计173.7 无线传输电路1，NRF2401的有线传输协议（spi）和无线传输协议，2，NRF的传输能力引脚说明，特性等3.7 本章小结17第4章 系统软件设计(参考之前发过给你的流程图)184.1、初始化程序184.1.1、初始化程序的流程184.1.2、无线参数的设置194.1.3、204.1.4、单片机引脚功能设置214.1.5、LCD使用说明214.1.6、初始化源程序224.3、主程序274.3.1、主程序的流程274.3.2、模拟数字转换器SD18294.3.3、主程序的源程序304.4、系统调试364.4.1、注意事项364.4.2、芯片烧录374.4.3、线路板测试384.4.4、成品安装394.5、本章小结41第5章 总结与展望42参考文献43致谢44 第一章 绪论1.1 称重技术的发展从古代开始，人们就非常着重称重技术，作为一种权衡方式，基本上在工商业、科学研究、经济交易等各个行业领域使用。电子秤是星罗棋布这么多的电子衡器中之一，所谓衡器，简单而言就是国家规定的用于计量的仪器，是日常生活、科学探究、出入经贸不可缺或的权衡装备，衡器制造工艺水平的高低，将直接左右社会各业界的发展进程和行业经济水平的上升。因此，称重技术的开发和衡器工艺的提升得到各个国家的高度重视。 我国电子计量衡器由最开始的机械电力组合型发展到现今的数字技术型。我国电子计量仪器的工艺设备和检验测试手法总体赶上国际水平。电子称重技术由过去的静态测量向现在的动态测量延伸；计量方式由模拟检测朝着数字检测过渡；测量特性由单一测量向多方面测量改变，特别是对快称快显和边称边显的探究与应用。 众所周知，电子秤是众多电子衡器之一，因此它的发展趋势也遵循这一方向。如今，科学发展日新月异，科技研发逐日刷新，尤其是微电子技术和计算机技术的巨大成就推动传统电子衡器向现代化电子衡器进发。旧式的单一方面的测试仪器被后来的智能电子仪器所取代，致使现时使用的电子测量仪器精度更准，测试距离更远，功能更强大。1.2 身高体重测量仪的设计意义1.3 本章小结1.4 课题的发展前景1.5 课题研究结果第二章 8051处理器简介2.1 8051单片机概述 8051单芯片是同步式的顺序逻辑系统，整个系统的工作完全是依赖系统内部的时脉信号，用以来产生各种动作周期及同步信号。在8051单片机中已内建时钟产生器，在使用时只需接上石英晶体谐振器（或其它振荡子）及电容，就可以让系统产生正确的时钟信号。8051单片机可分为无ROM型和ROM型两种,无ROM型的芯片必须外接EPROM才能应用.ROM型芯片又分为EPROM型,FLASH型,掩膜ROM型,一次性可编程ROM的芯片.2.1.1 8051结构概述8051单片机包含下列部件。（1）一个8位微处理器CPU。（2）片内数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。（3）片内程序存储器ROM。（4）两个定时/计数器T0 T1，可用作定时器，也可用以对外脉冲进行计数。（5）四个8位可编程的并行I/O端口，每个端口既可以做输入，也可以做输出。（6）一个串行端口，用于数据的串行通信。（7）中断控制系统。（8）内部时钟电路。2.2.2 8051引脚结构1 电源线 GND：接地引脚。VCC：正电源引脚。接+5V电源。2 I/O口线 P0P3口：48=32条。3控制线 (1)RST/V pd RST/V pd引脚是复位信号/备用电源线引脚.当8051通电时,在RST引脚上出现2个机器周期以上的高电平,系统即初始复位。 (2)ALE/ 地址锁存允许/编程引脚。当访问外部程序存储器时，ALE的输出用于锁存地址的低位字节，以便P0口实现地址/数据复用。当不访问外部程序存储器时，ALE端将输入一个1/6时钟频率的正脉冲信号。 (3)/V pp 允许访问片外程序存储器/编程电源引脚.对于片内无程序存储器的MCS-51单片机，必须接地。片内有程序存储器的MCS-51单片机接高电平。 (4)XTAL1和XTAL2 XTAL1脚为片内振荡电路的输入端，XTAL2脚为片内振荡电路的输出端。8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，另外一种是外部时钟方式。 (5) 片外ROM选通线 图2- 为8051管脚图2.2.3 8051 中断结构8051的中断系统有5个中断源，2个优先级，可实现二级中断嵌套。中断系统构成：51单片机主要由4个特殊功能寄存器（TCON,SCON,IE,IP)相关硬件电路等组成，有两个外中断，两个定时/计数器中断和一个串行中断。特殊功能寄存器控制中断的开放和关闭，保存中断信息，设置中断的优先级别。2.2.4 8051 振荡特性8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需要外置振荡电容第三章 系统硬件设计3.1 基于单片机STC12C5A60S2的主控电路 3.1.1单片机简介3.2重量测量电路 3.2.1 HX711的简介电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片HX711采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。 3.2.1 HX711的作用该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为20mV或40mV。通道B则为固定的64增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。 3.2.2 HX711的特点两路可选择差分输入片内低噪声可编程放大器，可选增益为64和128片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内A/D转换器提供电源片内时钟振荡器无需任何外接器件，必要时也可使用外接晶振或时钟上电自动复位电路简单的数字控制和串口通讯：所有控制由管脚输入，芯片内寄存器无需编程可选择10Hz或80Hz的输出数据速率同步抑制50Hz和60Hz的电源干扰耗电量（含稳压电源电路）：典型工作电流：1.7mA,断电电流：1A工作电压范围：2.65.5V工作温度范围：-20+8516管脚的SOP-16封装 3.2.3 HX711引脚说明 图3-为HX711引脚图1 VSUP 电源 稳压电路供电电源: 2.6 5.5V（不用稳压电路时应接AVDD）2 BASE 模拟输出稳压电路控制输出（不用稳压电路时为无连接）3 AVDD 电源 模拟电源: 2.6 5.5V4 VFB 模拟输入 稳压电路控制输入（不用稳压电路时应接地）5 AGND 地 模拟地6 VBG 模拟输出 参考电源输出7 INA- 模拟输入 通道 A 负输入端8 INA+ 模拟输入 通道 A 正输入端9 INB- 模拟输入 通道 B 负输入端10 INB+ 模拟输入 通道 B 正输入端11 PD_SCK 数字输入 断电控制（高电平有效）和串口时钟输入12 DOUT 数字输出 串口数据输出13 XO 数字输入输出 晶振输入（不用晶振时为无连接）14 XI 数字输入 外部时钟或晶振输入，0: 使用片内振荡器15 RATE 数字输入 输出数据速率控制，0: 10Hz; 1: 80Hz16 DVDD 电源数字电源: 2.6 5.5V 3.2.3具体电路设计图323-1 HX711电路如图323-1所示，电路用了通道A，其中R7，C7起到低通滤波器的作用第四章 硬件电路设计4.1电源电路4.1.1 电源电路概述4.1.2 AMS1117-3.3线性稳压芯片概述AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的压差保证最大不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。AMS1117的片上微调把基准电压调整到1.5%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。AMS1117-3.3三端可调或固定电压3.3V输出电流为1A。管脚号管脚名称 I/O功能 1GND参考 2OUT输出3IN输入4.1.3 MC34063开关稳压源概述MC34063是一款相对成熟的开关电源芯片，其结构简单芯片介绍采用了boost拓扑，升压到5V,给单片机电路供电电路4.2 超声波测速（cx20106）4.2.1超声波测速原理超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为v,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差t,就可以计算出发射点距障碍物的距离S,即:S=vt/2这就是所谓的时间差测距法。由于超声波也是一种声波,其声速C与温度有关,表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334米/秒,但其传播速度V易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1,声速增加约0.6米/秒。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统正是采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度T时,超声波传播速度V的计算公式为：V=331.45+0.607T4.2.2 超声波测距电路实现 基于单片机的超声波测距仪框图如图2所示。该系统由单片机定时器产生40KHZ的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和显示电路等构成。单片机是整个系统的核心部件，它协调和控制各部分电路的工作。工作过程：开机，单片机复位，然后控制程序使单片机输出载波为40kHz的10个脉冲信号加到超声波传感器上，使超声波发射器发射超声波。当第一个超声波脉冲群发射结束后，单片机片内计数器开始计数,在检测到第一个回波脉冲的瞬间,计数器停止计数，这样就得到了从发射到接收的时间差t;根据公式、计算出被测距离,由显示装置显示出来。4.2.2.1 超声波发射电路超声波发射电路如图3所示，89C51通过外部引脚P1.7输出脉冲宽度为250s,40kHz的10个脉冲串通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波传感器而发射出超声波。由于超声波的传播距离与它的振幅成正比,为了使测距范围足够远,可对振荡信号进行功率放大后再加在超声波传感器上。图3中T为超声波传感器，是超声波测距系统中的重要器件。利用逆压电效应将加在其上的电信号转换为超声机械波向外辐射;利用压电效应可以将作用在它上面的机械振动转换为相应的电信号,从而起到能量转换的作用。超声传感器结构超声波发生器T是一个超声频电子振荡器,当把振荡器产生的超声频电压加到超声换能器的压电陶瓷上时,压电陶瓷组件就在电场作用下产生纵向振动。压电组件在超声振荡时,仿佛是一个小活塞,其振幅很小,约为(110.2)Lm,但这种振动加速度很大,约(10103)gn,于是把电磁振荡能量转化为振动能量,这种巨大的超声波能量,沿着特定方向传播出来。其关键技术是使超声波波束变细,除待测物外不受其它构造物的影响。超声传感器是产生超声波必需的能量转换装置,它把超声电磁振荡的能量转换为声波。.通过上述超声换能结构,配以适当的收发电路,可以使超声能量的定向传输,并按预期接收反射波,实现超声遥控、测距、防盗等检测功能。超声波接收电路超声波接收及信号处理电路是此系统设计和调试的一个难点。超声波接收器接收反射的超声波转换为40KHz毫伏级的电压信号,需要经过放大、处理、用于触发单片机中断INT0。一方面传感器输出信号微弱，同时根据反射条件不同信号大小变化较大,需要放大倍数大约为100到5000倍,另一方面传感器输出阻抗较大,这就需要高输入阻抗的多级放大电路,这就会引入两个问题:高输入阻抗容易接收干扰信号,同时多级放大电路容易自激振荡。参考各种资料最后选用了SONY公司的专用集成前置放大器CX20106达到了比较好的效果。CX20106由:前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器、整型电路组成。其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射信号输出微弱电压时放大器有较高的增益,在近距离输入信号强时放大器不会过载。其带通滤波器中心频率可由芯片脚5的外接电阻调节。其主要指标:单电源5V供电，电压增益77-79DB,输入阻抗27K,滤波器中心频率30K-60KHz。功能可描述为:在接收到与滤波器中心频率相符的信号时,其输出脚7脚输出低电平。芯片中的带通滤波器、积分器等使得它抗干扰能力很强。CX20106采用8脚单列直插式塑料封装，内部结构框图如图4。超声波接收器能将接受到的发射电路所发射的红外光信号转换成数十伏至数百伏的电信号，送到CX20106的脚，CX20106的总放大增益约为80dB，以确保其脚输出的控制脉冲序列信号幅度在3.55V范内。总增益大小由脚外接的R1、C1决定，R1越小或C1越大，增益越高。C1取值过大时将造成频率响应变差，通常取为1uf。C2为检波电容，一般取3.3uf。CX20106采用峰值检波方式，当C2容量较大时将变成平均值检波，瞬态响应灵敏度会变低，C2较小时虽然仍为峰值检波，且瞬态响应灵敏度很高，但检波输出脉冲宽度会发生较大变动，容易造成解调出错而产生误操作。R2为带通滤波器中心频率f0的外部电阻，改变R2阻值，可改变载波信号的接受频率，当f0偏离载波频率时，放大增益会显著下降，C3为积分电容，一般取330pf，取值过大，虽然可使抗干扰能力增强，但也会使输出编码脉冲的低电平持续时间增长，造成遥控距离变短。脚为输出端，CX20106处理后的脉冲信号由脚输出给单片机处理从而获得显示输出。接收电路图4.3液晶显示电路4.3.1 LCM1602概述字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm电路第五章 程序设计4.2 超声波测距程序设计#ifndef _ULT_H#define _ULT_H #include #include delay.hvoid juli(void);#endif#include ult.hsbit out=P17; /定义P1.7为输出extern char flag; /外部中断标志void juli(void) /测距离函数unsigned int T,t,P=0,z=7; P1M0=0X80; P1M1=0X00;/P1.7为推挽输出TH0=0; /清空定时器TL0=0;TR0=1; /开始计时for(T=0;T20;T+) /发射8个周期波 for(t=0;tz;t+) /周期为25us if(tz/2) out=1; /PWM50% else out=0; / if(flag=1)/外部中断相响应/ / flag=0; /清空中断标志/ / void receve() interrupt 0 /外部中断TR0=0; /停止计时c=TH0*256+TL0;/算出距离;4.3 1602显示驱动程序设计 #include #include #include #include sbit EN=P00;sbit RS=P02;sbit RW=P01;sbit ADDO=P26;sbit ADSK=P27;/*LCD1602*/void LCD1602() EN=0; RS=1; RW=1; P1=0xff; void read_busy() P1=0xff; RS=0; RW=1; EN=1; while(P1&0x80); EN=0; void write(uchar i,bit j) read_busy(); P1=i; RS=j; RW=0; EN=1; EN=0;void delay(uint c) / MS uint a,b; for(a=0;ac;a+) for(b=0;b120;b+);void init() / delay(15); write(0x38,0); delay(5); write(0x38,0); write(0x08,0); write(0x01,0); write(0x06,0); write(0x0c,0);void display_lcd_byte(uchar y,uchar x,uchar z) /Y=0,1(?)X=015(?)Z=?ASCII? if(y) / x+=0x40; / x+=0x80; write(x,0); write(z,1); void display_lcd_text(uchar y,uchar x,uchar table) uchar z=0; uchar t; t=strlen(table)+x; / while(xt) / / display_lcd_byte(y,x,tablez); / x+; z+; void display_lcd_text1(uchar y,uchar x,uchar tables) uchar z=0; uchar t; t=strlen(tables)+x; while(xt) / display_lcd_byte(y,x,tablesz); / x+; z+; 4.4 无线模块程序设计#include #include sbit MISO = P22;sbit CSN = P25;sbit MOSI = P24;sbit SCLK = P21;sbit CE = P20;sbit IRQ = P23;unchar RevTempDate5;/最后一位用来存放结束标志unchar code TxAddr=0x34,0x43,0x10,0x10,0x01;/发送地址/*状态标志*/unchar bdata sta; /状态标志sbit RX_DR=sta6;sbit TX_DS=sta5;sbit MAX_RT=sta4;void delay1(unint c) / MS unint a,b; for(a=0;ac;a+) for(b=0;b220;b+);/*SPI时序函数*/unchar NRFSPI(unchar date) unchar i; for(i=0;i8;i+) / 循环8次 if(date&0x80) MOSI=1; else MOSI=0; / byte最高位输出到MOSI date=1; / 低一位移位到最高位 SCLK=1; if(MISO) / 拉高SCK，nRF24L01从MOSI读入1位数据，同时从MISO输出1位数据 date|=0x01; / 读MISO到byte最低位 SC