广东省赛电子设计大赛黑森小组报告

1、广东省大学生电子设计大赛-可穿戴设备目录摘要（关键词）31引言31项目背景31.2白主查新31.3方案确立42.系统设计2.1设计原理42.2主程序设计82.3硬件设计102.4电路设计102.5系统调试123安卓手机app.134市场展望175作品实物展示176.材料清单197参考文献198附录19【摘要】本设计立足可穿戴设备，提供便携式体重测虽方案，定位年轻女性市场，以 stc12c5a60s2为核心处理系统，通过半桥式压力传感设备，经24位a/d转换器芯hx711 处理，整合两只脚的压力，通过蓝牙设备在用户的手机终端显示，并做记录分析。【关键词】stcl2c5a60s2 hx711半桥式

2、压力 蓝牙 双串口abstract this design is based on the wearable device, providing portable weight measurement scheme, market positioning of young women, the core processing system based on stc12c5a60s2, the half bridge type pressure sensing device, the 24 bit a/d converter core hx711 processing, integration

3、of two foot pressure, through the bluetooth device display in the mobile phone terminal users, and make a record of.keywords stc 12c5a60s2 hx711 half bridge type pressure bluetooth double serial port引言1.1项目背景我们注意到年轻一代的女性非常关心体重问题，对于身材适中的女性，她们往往很注意饮 食，运动去保持她们心目屮的完美身材，而没有人可以随时随地带一把秤在身边，可以做到 精确细致地记录生活状态

4、对体重的影响；而对于偏肥的女性，她们也非常关注自身的体重, 对于这个人群來说，体重更是极具敏感的私人问题，她们不会经常性在他人面前称体重，基 于以上的考虑，我们小组决定打造一款可以测量体重的鞋,让爱美的女士随时随地想秤就秤。1.2 h主查新通过网络收索，做测量体重的鞋，百度收索显示，只有用气囊做的设计，我们的这种设计尚 查 找 不 到， 其 设 计 如 图 12 所 示，申请专利号cn95120226.x专利申请日1995.12.06名称可测里体重的鞋子公开（公告）号cn1151267公开（公告）曰1997.06.11类别人类生活必需（农、轻、医）颁证曰优先权申请（专利权）黄瑞孟地址台湾省彰化

5、县岌明（设计）人黄添财国际申请国际公布进入国家曰期专利代理机构柳沈知识产权律师事务所代理人李晓舒摘要一种可测里体重的鞋子，其包括一鞋体、一气衰与一测压表；该鞋体具有一鞋底，该鞋底 具有一容蛊空间；该气龚填充有气体，其蛊于该鞋底的咨蛊空间内；该测压表连接于气表 ;如此，可使气妻內的气体与测压表相连通，可供测里一使用者的体重。主权项种可测里体重的鞋子，其特征在于包括：一鞋体，其具有一鞋底，该鞋底具有一容蛊空 间；一填充有气体的气龚，其置于该鞋底的容置空间内；一测压表，其连接于该气表。图1-2因此，我们承诺我们所做的设计绝无抄袭，从创作思路到方案的确立，都是在团队的精心考 虑z下完成的。1.3方案确

6、立一开始，我们从压力传感器的选择上入手，我们首先考虑的是方案的可行性，现阶段对于 我们，所谓的可行性就是在我们现冇的工艺加工条件下可以完成的方案，如果选择气热，再 通过传感器测量气垫里气压的变化，同吋结合环境温度，通过转换，可以得出所受的压力， 即人体重力，思路也非常清晰，但考虑过后，觉得我们现有的条件难以加工。2 系统设计2.1设计原理木设计对运算能力要求不高，因此选用stc12c5a60s2单片机，选用贴片封装，体积小，满 足系统设计要求,stc12c5a60s2/ad/pwm系列单片机是宏品科技牛产的单时钟/机器周期 （1t）的单片机，是高速/低功耗/超抗干扰的新一代8051单片机，指令

7、代码完全兼容传统8051, 但速度快8-12倍。内部集成max810专用复位电路,2路pwm,8路高速10位a/d转换 (250k/s )针对电机控制，强干扰场合。stc12c5a60s2单片机是一款功能比较强大的单片 机，它拥有两个全双工串行通信接口，串口 1的功能及操作与传统51单片机串行口相同； 特殊的是stc12c5a60s2单片机内部有一个独立波特率发生器，串口 1可以使用定时器1 作为波特率发生器，也可以使用独立波特率发生器作为波特率发生器；而串口 2只能使用独 立波特率发生器作为波特率发牛器。我们的设计耍求左右两只鞋能够进行数据通信，最终经处理过的数据还耍用蓝牙少手机连 接，实现

8、与手机的数据通信，因此需要一只鞋有主从蓝牙，主机与另一只鞋的从机连接，而 从机与手机连接。使用程序如下：#include<12c5a60s2.h>#define s2ri 0x01 /仲口 2接收屮断请求标志位#define s2t10x02 串口 2发送中断请求标志位/* * * *串 行口 初女fi化函 数* * * */ void inituart(void)tmod = 0x20;/定时器1工作在方式2 8位自动重装scon = 0x50;th1 = oxfa;tl1 =th1;串口 1工作在方式1 10位异步收发ren=1允许接收 定时器1初值tr1 = 1;/定吋器1开

9、始计数ea=1; 开总中断es=1; 开串口 1中断s2con = 0x50; 串u 2工作在方式1 10位异步收发s2ren=1允许接收brt = oxfa;独立波特率发生器初值auxr = 0x10; /brtr=1独立波特率发生器开始计数ie2 =0x01; 开串 口 2 屮断 es2=1/*串行口 2 发送*/void uart_2sendonebyte(unsigned char c)s2buf 二 c;whilc(!(s2con&s2ti); 若 s2ti=0,在此等待s2con&=s2ti; /s2ti=0单片机休眠模式当单片机进入掉电模式时，外部晶振停振、cpu

10、、定时器、串行口全部停止 工作，只有外部屮断继续工作。使单片机进入休眠模式的指令将成为休眠前单片机执行的最 后一条指令，进入休眠模式后，芯片中程序未涉及到的数据存储器和特殊功能寄存器中的数 据都将保持原值。可由外部小断低电平触发或由下降沿触发中断或者硬件复位模式换醒单片 机，需要注意的是，使用中断唤醒单片机时，程序从原來停止处继续运行，当使用硬件复位 唤醒单片机时，程序将从头开始执行。下面的例子演示单片机进入空闲和休眠模式，并且演示出从空闲和休眠模式中唤醒的过程。压力传感器方面我们采用半桥压变片，接线:一种安装反方向受力2支传感器使一组,2 支传感器的黑和黑接白和白接做输出信号，传感器的2跟红

11、线一个做输入电压+ 个做输 入电压二种一个方向受力2只传感器一个传感器白线和另一个传感器黑线相接 做输出电 压一组输出电压正一组输岀电压负2只传感器的红线做输出电压一个正一个负安装方式：两边固定中间悬空中间压板点受力，其具体参数见图2-1量程(kg)综合误差(%f. s)0.2灵敏度(mv/v)非线性(%f. s)重复性(%f. s)0. 9±0. 10.20. 1滞后(%f. s)0.2蠕变(%f. s/3min) 零点漂移(%f. s/1min) 零点温度漂 移(%f. s/10°c)0. 10. 150 额定输出温 度飘移(%f. s/10°c) 零点输出

12、(mv/v) 输入电阻(o ) 输出电阻(q ) 绝缘电阻 (mq) 推荐激励电 压(v) 工作温度范(°c)wo. 15±0.31000±501000 ±502000(100vdc一10十500.2过载能力(%f. s)图2-1组成全桥电路，可以把电阻的变化转换成电压的变化，再通过a/d转换，实现力的可测最。 应变片式电阻传感器的结构和原理电肌应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹 性变形转换成电阻变化的原件。由电阻应变片和测量电路两部分组成。常用的电阻应变片有 两种：电阻应变片和半导体应变片，木设计采用的是电阻应变片，为获得高电阻值，电应变

13、式传感器常用的测量电路有单臂电桥、差动半桥和差动全桥，其小差动全桥可提高电桥的灵 敏度，消除电桥的非线性误差，并可消除温度误差等共模干扰。一般在测虽:中都使用4片应 变片组成差动全桥，本设计所采用的传感器就是全桥测量电路。其电路图如图3-6所示。桥 式测量电路有四个电阻，具屮任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工 作电压u,另一个对角线位输出电压uo。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应关系时，电 桥输出为零，或则就冇电压输出，可用灵敏检流计来测虽，所以电桥能够精确地测量微小的 电阻变化。应变电阻作为桥臂电阻接在电桥电路中。无压力吋，电桥平衡，输出电压为零; 冇压力时，电桥的桥臂电

14、阻值发生变化，电桥失去平衡。全桥测量电路中，将受力性质相 同的两片应变片接入电桥对边。其输出灵敏度比半桥捉高了一倍，非线性i吴差和温度i吴差均得到了改善图2-2a/d转换我们选用hx711简介hx711是一款专为高精度称重传感器而设计的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盂要的外围电路, 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。该芯片与后端mcu芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号山管脚驱动, 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

15、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肓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，管脚说明见图22总压电路电源vsup匚1 16zd dt)d数字电源稳压电路控制输出base匚215二rate输出数据速率桂制输入模拟电源avl)d匚314=1 xi外部时钟或晶撫输入稳压电賂控制输入vtbu413n xo晶扳输入

16、模拟地agnd匚512dou1吊口数据输出参勺电源输川vbgcz611zj pl) sck断电和串11时钟输入通道a负输入瑞inna匚710zj tnpb通道bil：输入端通ifiaie输入城inpau89二)innb通道b负输入瑞图2-3串口通讯串口通讯线由管脚pd_sck和dout组成，川來输出数据，选择输入通道和增益。当数据 输出管脚dout为高电平时，表明a/d转换器还未准备好输出数据，此时串口时钟输入信 号pd_sck应为低电平。当dout从高电平变低电平后，pd_sck应输入25至27个不 等的时钟脉冲。其中第一个时钟脉冲的上升沿 将读出输出24位数据的最高位(msb), 直至笫2

17、4个吋钟脉冲完成,24位输出数据从最高位至最低位逐位输出完成。笫25至27个 时钟脉冲用來选择下一次a/d转换的输入通道和增益，参见表三。pd_sck脉冲数输入通道增益25 a12826 b6427 a64输入通道和增益选择pd.sck的输入时钟脉冲数不应少于25或多于27,否则会造成串口 通讯错课。当a/d转换器的输入通道或增益改变时，a/d转换器需要4个数据输出周期 才能稳定。dout在4个数据输出周期后才会从高电平变低电平，输出有效数据，所给脉 冲如下：doit |01jt z i 12" " 1t：r>下个一个好出时御i ifji卜 次沁 ituka. 4a1

18、28俗fl fl fl f1 *冋冋冋e fl fl fl ”冋 fl fl 冋丄 j嘶 * t图2-42.2主程序设计鞋了有总电源开关，打开之后，左右鞋蓝牙自动配对，打开手机端的app,即可与鞋 了的蓝牙连接，并冇智能省电设计，左右鞋都加了振动开关，在一定时间内未发生振动，认 为为无人状态，单片机进入掉电模式，可由再次振动唤醒。2.3硬件设计因为我们鞋子的定位是年轻时尚的女性，所以选用女性常用的高跟泡沫鞋，在一个是便于 加工，在我们现有的实验室条件下可以完成。首先，是鞋了的切割。我们采用宜径为0.4mm 的电热丝，在12v的电压下进行切割，泡沫融化后会很快重新黏上，所以要注意及时把切 割后的

19、泡沫分开，为了便鞋子连成一体，我们采用两块敷铜板，中间夹着压变片的设计。压 变片是经过特殊处理的，把上面的铁片用电钻収出，换成两颗螺丝，与上面的覆铜板连在一 起，下面的覆铜板挖个槽，使得压变片能正常使川，而鞋子乂能保持它原有的状态，而且形 成了屮空的时尚感官。2.4电路设计hx711的稳定决定我们数据的稳定，并且可靠性，下图为hx711的设计原理图图 2-4-1 原理图跟bcb的制作采用altium designer图2-4-2左脚原理图亠亠亠土土亠亠土2图2-4-3左脚的pcb设计图2-4-4右脚原理图图2-4-5右脚pcb设计2.5系统测试接通电源，分別放置已知重量的东西到鞋子上，进行校准

20、，在本设计中，所有的数据校准放 在左鞋中进行，下面以右鞋的校准为例，改变左鞋中的程序，只发送右鞋传來的数据但没放置任何东西时,数据为9826,2.3kg时为10269,3.5kg时为10427,在excel中处理如下图所示:1 abcdefghi9826102691042702.33.5列列系系d外性性 系线线得到一个回归方程，为确保方程的准确性，应多测虽儿组数据。3安卓手机app打开手机app,即可见到下图:yy測体重记录走势 一5清除配对()3、组t 命 日称更my weight关闭蓝牙克新开始点击测量体重，即可进入下血界血td 命 o1 :如果手机蓝牙没冇打开，它会提示您先打开蓝牙，选择

21、配对后，下次连接将自动配对，点击 连接，待数据稳定后即为所测体重，点击保存，会弹出一个框，可输入呢称，我们做的，就 是为每一个用八提供个性服务，这双鞋子将会是毎个用八的专属体重记录神器，数据保存好,q正衣保存屛从欽图一my weight称重 标重 记录 瘦身同时，毎个人可以在标璽中查看自己的身材是否标准，输入身高即可还有，我们的鞋了将长期记录您的体重，绘成条状图，您可以在将来的某一时刻，看到你过 去的体重变化，是否因为忙绿而有所消瘦，是否因为愉快而略显肥胖，是否辛辛苦苦减肥终 获成功，是否我们的鞋子，可以留下曾经的回忆还有一点，我们这个app可以连接后台服务器，可以推送给您一些关于健康的小常识

22、，或0 o 3g如i d g al| 89%回 6:13my weight称重标重记录 瘦身测试一下你肥胖的原因!深圳大学之黑森小组者是愉快的某个住活瞬间。可穿戴设备，让生活更加简单，我们的鞋了，让您的生活更加快乐。4市场展望尽管我们努力把鞋做到更像产甜，但材料终究制约我们的作詁，如果用我们的创意，把他 打造成一款真正的市场产品，我相信会受到消费者的欢迎，如果能有更好的传感设备，可以 做到步态分析，对医疗行业将会有更人的推动。总而言之，我们的鞋了造价较低，结合手机 app,具冇可玩性，体重又是人们所关心的问题，冇市场发展潜力。5 作品实物展示图51测试小的鞋子图5-2合成之示的鞋了图5-3最终

23、作品6 材料清单aib购买器材单价(元)锂电池29鞋子一双18覆铜板20*30 29蓝牙322ab胶49压变片83.5hx711 27合计11987 参考文献1 电阻应变式传感器灵敏度特性分析u肃科技兰州交通大学数理学院,u肃兰 州,730070郑玉郭鹏周第2012, 28 (20)2 基于24位a/d转换的高精度电子秤的设计现代计算机胡美娇高美春2013年12 月3()日【3】百度文库stc12c5a60s2技术手册、双串口通信4 郭天祥51单片机5 疯狂android讲义李刚8附录8左鞋代码# includc<stc 12c5a60s2.h>#include<intrin

24、s.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define s2ri 0x01#define s2ti 0x02 sbitaddo=p2a5;sbit adsk=p2a6;unsigned long weight,weightz,weighty; uint a,b,c,d,e,i,k,weight 1 ,weight2,weight3,weight4;void u2send(unsigned long date)/weight 1 =datc% 100000000/1000000;/weight2=date% 100

25、0000/10000; weight i =date% 10000/100;weight2=date% 100;s2buf=0x64;while(!(s2co n&s2ti);s2co n&=s2t1;s2buf二 weigh"whilc(!(s2con&s2ti);s2co n&=s2ti;s2buf=weight2;while(!(s2co n&s2ti);s2con&=s2ti;/*s2buf=weight3;while(!(s2co n&s2ti);s2co n&=s2ti;s2buf=weight4;while

26、(!(s2co n&s2ti);s2co n&二s2ti;*/ unsigned long readcount() unsigned long count;addo=1;adsk=0;coun=0; while(addo);for(i=0;i<24;i+)adsk=1;/_nop_();adsk=0; count=count*2; if(addo)count+;adsk=1;/_nop_();adsk=0; return (count);void initl()tmod = 0x20;/定时器1工作在方式2 8位自动重装scon = 0x50; 串口 1工作在方式11()

27、位界步收发ren=1允许接收th1 = oxfd;定时器1初值tl1 =th1;tr1 = 1;定吋器1开始计数ea = 1;开总中断es=1;void init2()/com2 初始化/s2con=0x50;brt=0xfd;auxr=0xll;ie2=0x()l;ea=1;void main() init2();k=0;while(l)k+;if(k>1000)ex1 = 1;pcon=ox()2;void sero()interrupt 4es=0;rl=0;e=sbuf;whilc(c!=100)while(!rl);ri=0;e=sbuf;while(!ri);ri=0;a=sbuf;while(!ri);ri=0;b=sbuf;whilc(!ri);ri=0;c=sbuf;while(!ri);ri=0;d=sbuf;weighty二a* 10000+b* 100+c;weighty=weighty*0.057-559.73;/weight