文献综述 姚明远.doc

数显体重计的设计与实现（文献综述） 1 前 言 目前，随着社会的发展、生活水平不断提高，人们越来越关注自己的身体健康。许多人由于工作的压力和不良的饮食习惯，使得身体健康每况愈下，疾病也随之而来，而在这些人群中，患有肥胖和营养不良的病人居多。为方便人们及时了解自己的体重是否超出或低于标准的体重，在许多公共场合都摆放了人体秤，商场、药店、马路旁等随处可见，给那些由于工作紧张没有时间到医院做定期体验的人们带来了方便.人体秤已不再是医院的专用医疗器械，已成为人们生活中不可缺少的一部分。普通人体秤测量身高和体重的结果都是直接用眼睛观看指针读取的，由于读数的方法各不相同、读数时光线有明有暗等多种原因，使得读取数据的误差过大。由于人体秤的使用非常普遍，解决这一问题显得尤为重要。近年来，随着科技不断进步，计算机已渗透到各个领域，单片机已逐渐成为科学技术现代化的重要工具，正在不断地走向深入。单片机的应用已深入到人类的生活、生产等各种领域。在此基础上发展起来的由单片机控制的人体称，比普通人体称在耐用性、适用环境、读数的准确度等方面有了很大的提高。智能人体秤经济、实用，适合在广大工薪阶层推广。因此，以单片机为控制核心的人体秤，不但提高了读数的精确度，给人们以直观的效果，将身材标准与否一并显示，与普通人体秤的价格相差无几，逐渐取代传统的人体秤。现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展：电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。2 正 文2.1 体重的测量测量体重的方法就是称重。而目前称重手段主要有普通称重法和电子传感器称重，其主要的优缺点总结如下表2.1所示； 表2.1频率的测量方法 测量方法优点 缺点普通称重法 方法简单，原理单一，操作间大 测量精度高，人为误差较大电子传感器称重测量精度高，人为误差较大 电路较复杂，制作工艺复杂称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智慧化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题，在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。2.2 传感器处理 称重传感器是影响人体称测量精度的关键部分。选用适当的传感器，用来感知被测量，当人体站到称盘上时，重力传给传感器，该传感器发生行变，从而使阻抗发生变化，电桥失去平衡，传感器输出一个变化的模拟信号。而压力传感器是现实中采用并使用的比较多的一种传感器，我们使用的压力传感器主要利用压电效应制造而成的，这种的传感器也称为压电传感器。电阻应变片受力产生形变，使加在应变片电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变片电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，在传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。2.3 信号前端放大放大电路是对待测信号的放大，降低对待测信号幅度的要求；对待测信号的放大有三种方法。方案一：利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于 A/D 转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此中方案不宜采用。方案二：由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放做成一个差放大器 方案三 ：采用专用仪表放大器，此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。2.4 系统控制 系统控制主要是由单片机控制，但根据单片机的性能不同，电路的复杂程度和电路的性能结构也不同，具体方案有三种。方案一：采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高，而且从使用及经济的角度考虑放弃此方案。方案二：采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断能力强等特点。处理速度高，尤其用于语音处理和识别等领域。但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得凌阳单片机同时处理其他任务的速度和能力降低。 方案三：采用使用Atmel 公司的AT89C52作为系统的的主控制器，AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89C52为嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。2.5 体重显示 显示模块由频率值显示电路和量程转换指示电路组成。显示器分为数码管显示(LED)和液晶显示(LCD)动态显示频率计被测数值。数码管(LED)是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。常见的数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，叫七段数码管。根据其结构的不同，分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。液晶屏显示具有显示信息丰富、功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和功耗低的电子产品中。而无论是显示精度还是功耗，数码管显示均不如液晶显示，但本设计需要的精度也不是特别的高，所以从成本的角度，决定使用数码管显示频率。3 总 结随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使电子仪器的整体水平发生巨大变化，传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。智能仪器的核心部件是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用与发展，从而加快了智能仪器的发展。而传感器作为测控系统中对象信息的入口，越来越受到人们的关注。传感器好比人体“五官”的工程模拟物，它是一种能将特定的被测量信息（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置本次设计中的半桥电子秤就是在以上仪器的基础上设计而成的。因此，只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及各部分之间的关系才能达到要求。首先是传感器的精密度，它将直接影响电子秤的称重准确度。课设时由于传感器发出的信号不是很稳定，所以称重时误差很大。如果使用精密度较高的传感器，效果会好的多。其次是数据采集处理阶段，此阶段是对传感器发出的信号进行量化、采集，主要分为信号放大、采集，然后进行A/D转换。该阶段需注意的地方是对传感器输出的信号进行放大时，应选取合适的运算放大电路。最好是预先计算好应放大的倍数，以便选取。还有就是进行数据处理时，选取适当的数据转换系数，使输出满足量程要求。之前是我想得太简单了，想着用精度高的传感器，高精度的A/D转换器，可是贪图的再多，很多东西都到不了极致，不知道自己到底在追求什么，性价比什么反而因为精度提高反而发挥不到极致，相当于浪费资源，所以，决定改版用最简单且便宜的器件，完成最初的设计，达到性价比最高。 参考文献1涂时亮 单片机控制技术. 上海：复旦大学出版社，1994年。5-1232沈红卫 单片机应用系统设计实例及应用.天津：天津大学出版社，2001年.60-763王俊杰 传感器与检测技术. 北京：清华大学出版社. 2011年.31-664贾伯年,俞朴.传感器技术M.南京：东南大学出版社.2000年.2-65 5李道华，李玲，朱艳 .传感器电路分析与M.武汉：武汉大学出版社.2000年.2-1006童诗白,华成英 .模拟电子技术基础M. 北京：北京高等教育出社.2001年.36-1097程林 ，超省电型电子秤的设计方案J.福建：福建省计量科学技术研究所. 2008年.89-1198何希才,薛永毅. 传