智能型身高体重仪的研制

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1、智能型身高体重仪的研制11 智 能 型 身 高 体 重 仪 的 概 述身 高 体 重 仪 ， 早 已 被 广 泛 用 于 家 庭 和 平 常 的 生 活 中 ， 使 人 们 对 自 己 的 身 体 状 况有 更 好 的 掌 握 ， 更 好 的 提 高 人 们 对 健 康 的 认 识 。 传 统 的 身 高 体 重 仪 器 一 般 为 机 械结 构 ， 这 种 仪 器 需 要 人 工 操 作 ， 不 能 显 示 ， 数 据 需 要 通 过 指 针 和 刻 度 盘 来 读 取 ，这 种 仪 器 用 起 来 很 不 方 便 ， 而 且 它 的 误 差 也 比 较 大 ， 有 仪 器 自 身 误 差

2、， 也 存 在 人为 的 在 读 取 时 所 产 生 的 随 机 误 差 等 。近 年 来 ， 市 面 上 也 大 量 流 行 着 能 测 人 体 身 高 和 体 重 的 电 子 人 体 称 ， 它 能 自动 测 量 出 人 的 身 高 体 重 值 ， 并 配 有 打 印 机 输 出 和 语 音 播 放 电 路 ， 在 很 大 程 度 上提 高 了 人 体 身 高 体 重 测 量 的 准 确 性 ， 也 丰 富 了 测 量 的 趣 味 性 。 一 般 来 说 这 种 身 高体 重 仪 ， 操 作 简 单 ， 由 人 启 动 后 测 重 、 测 高 、 显 示 、 打 印 、 语 音 播 放 等

3、 功 能 都可 以 自 动 完 成 的 ， 但 是 这 种 仪 器 也 存 在 某 些 方 面 的 不 足 ： 体 积 大 ， 移 动 起 来 不 方便 ； 测 高 功 能 是 通 过 测 高 平 杆 带 动 码 盘 转 动 ， 码 盘 孔 用 光 电 读 取 头 把 测 高 脉 冲 传给 单 片 机 进 行 计 数 ， 从 而 得 到 被 测 者 的 身 高 值 ， 这 种 仪 器 需 要 电 机 来 带 动 测 高 平杆 移 动 ， 为 接 触 型 测 量 ， 并 且 测 量 速 度 不 快 ； 同 时 还 需 要 人 工 来 操 作 。智 能 型 身 高 体 重 仪 ， 顾 名 思 义

4、， 就 是 整 个 测 量 身 高 和 体 重 的 过 程 都 是 自 动完 成 的 。 同 时 ， 它 又 具 备 了 传 统 身 高 体 重 仪 所 不 具 备 的 优 点 和 亮 点 ： 小 巧 玲 珑 ，移 动 方 便 ； 测 量 速 度 快 、 准 确 ， 并 且 为 非 接 触 型 仪 器 ； 而 且 它 功 耗 低 ， 且 无 需人 工 操 作 ， 是 一 种 完 全 的 智 能 自 动 化 仪 器 。这 种 仪 器 在 使 用 时 ， 即 进 行 身 高 体 重 测 量 时 ， 只 要 被 测 者 站 在 仪 器 上 所 示的 位 置 ， 本 仪 器 就 会 自 动 的 进 行

5、 身 高 与 体 重 的 测 量 ， 然 后 对 结 果 进 行 直 观 的 数字 显 示 和 语 音 播 放 。 对 于 本 仪 器 来 说 ， 整 个 工 作 过 程 就 是 ： 通 电 开 机 ， 在 无 人测 量 状 态 下 显 示 时 钟 日 历 ， 同 时 检 测 是 否 有 人 要 进 行 测 量 ； 如 有 ， 系 统 自 动 启动 测 量 身 高 和 体 重 的 电 路 进 行 测 量 。 具 体 的 测 量 过 程 为 ： 启 动 超 声 波 测 高 发 射电 路 等 待 超 声 波 反 射 回 来 并 计 算 出 时 间 差 由 温 度 传 感 器 测 出 温 度 并 对

6、 声 速进 行 补 偿 计 算 出 身 高 值 并 送 入 控 制 系 统 从 称 重 传 感 器 输 出 的 信 号 经 放 大 并A/D 转 换 后 的 体 重 值 送 入 控 制 系 统 由 控 制 系 统 算 出 结 果 最 后 为 显 示 和 播 放所 测 得 的 身 高 体 重 值 并 打 印 出 结 果 结 束 。 整 个 测 量 身 高 和 体 重 的 过 程 ， 不 必由 人 工 操 作 即 可 全 部 自 动 完 成 。 可 见 ， 对 智 能 型 身 高 体 重 仪 的 研 制 还 是 有 很 积极 的 意 义 的 。智能型身高体重仪的研制22 方 案 论 证按 照 本

7、设 计 功 能 的 要 求 ， 系 统 由 9 个 部 分 组 成 ： 控 制 器 部 分 、 体 重 测 量 部 分 、身 高 测 量 部 分 、 时 钟 日 历 部 分 、 数 据 显 示 部 分 、 语 音 处 理 部 分 、 打 印 控 制 部 分 、扩 展 I/O 部 分 和 电 路 电 源 部 分 ， 智 能 身 高 体 重 仪 的 总 体 电 路 结 构 图 2-1 所 示 ：控 制 器部 分体重测量部分身高测量部分数据显示部分语音处理部分时钟日历部分 打印控制部分扩 展I/O部 分图 2-1 智 能 身 高 体 重 仪 的 总 体 电 路 结 构 图2.1 控 制 器 部 分

8、方 案 论 证本 系 统 控 制 器 部 分 的 可 选 择 的 方 案 有 以 下 两 种 ：方 案 一 、 采 用 大 规 模 可 编 程 逻 辑 器 件 来 进 行 控 制 ；采 用 本 方 案 ， 会 使 系 统 设 计 起 来 相 当 复 杂 。 又 因 为 系 统 需 要 进 行 数 码 显 示 、语 音 播 放 和 打 印 控 制 ， 所 以 不 宜 采 用 大 规 模 可 编 程 逻 辑 器 件 (CPLD、 FPGA)来实 现 。 因 为 大 规 模 可 编 程 逻 辑 器 件 一 般 是 使 用 状 态 机 方 式 来 实 现 ， 即 所 解 决 的问 题 都 是 规 则

9、的 有 限 状 态 转 换 问 题 。 本 系 统 状 态 较 多 ， 用 本 方 案 难 度 较 大 。方 案 二 、 采 用 单 片 机 来 实 现 控 制以 单 片 机 为 主 体 的 设 计 ， 可 以 容 易 地 将 计 算 机 技 术 和 测 量 控 制 技 术 结 合 在 一 起 ，组 成 新 一 代 的 所 谓 “智 能 化 测 量 控 制 系 统 ”。 这 种 新 型 的 智 能 仪 表 在 测 量 过 程 自动 化 、 测 量 结 果 的 数 据 处 理 以 及 功 能 的 多 样 化 方 面 ， 都 取 得 了 巨 大 的 进 展 。 所 以本 系 统 采 用 本 方 案

10、 ， 即 基 于 51 系 列 单 片 机 来 实 现 ， 又 因 为 系 统 没 有 其 它 高 标 准的 要 求 ， 再 考 虑 到 本 设 计 中 程 序 部 分 比 较 大 ， 所 以 我 们 最 终 选 择 了 AT89C52 这个 比 较 常 用 的 单 片 机 来 实 现 系 统 的 功 能 要 求 。 AT89C52 内 部 带 有 8KB 的 程 序 存储 器 ， 基 本 上 已 经 能 够 满 足 我 们 的 需 要 ； 有 四 个 I/O 口 ， 不 能 满 足 本 设 计 中 功 能的 要 求 ， 所 以 我 们 用 它 的 P0 口 和 8255 进 行 了 扩 展

11、。智能型身高体重仪的研制32.2 体 重 测 量 部 分 方 案 论 证体 重 测 量 部 分 是 由 传 感 器 将 站 在 测 量 台 上 的 被 测 者 的 体 重 转 变 为 近 似 线 性的 电 压 输 出 ， 这 个 微 小 的 电 压 是 毫 伏 级 的 ， 它 不 能 满 足 A/D 转 换 器 的 输 入 需 求 ，所 以 要 对 这 个 微 小 的 输 出 电 压 进 行 信 号 的 前 级 处 理 即 滤 波 和 放 大 后 ， 才 能 满 足A/D 转 换 所 需 的 电 压 幅 度 ， 经 过 A/D 转 换 器 的 转 换 将 模 拟 电 压 值 转 换 为 相 应

12、 的数 字 量 ， 由 单 片 机 AT89C52 进 行 运 算 处 理 。 至 于 如 何 运 算 才 能 使 处 理 后 的 结 果 对应 被 测 者 的 真 实 的 体 重 ， 这 主 要 是 由 A/D 转 换 器 的 分 辨 率 和 称 重 传 感 器 的 量 程 所决 定 的 ， 结 果 的 运 算 主 要 由 软 件 来 实 现 。2.2.1 传 感 器 的 方 案 论 证传 感 器 在 电 子 衡 器 中 的 核 心 部 件 ， 也 是 本 仪 器 中 性 能 价 格 比 的 基 本 决 定 因 素 ，所 以 传 感 器 的 选 择 具 有 着 重 要 的 意 义 。 测 重

13、 的 传 感 器 我 们 可 以 用 压 力 传 感 器 ， 也可 以 用 称 重 传 感 器 。 考 虑 到 称 重 传 感 器 集 材 料 、 工 艺 技 术 、 加 工 测 试 技 术 及 微 电子 技 术 于 一 体 ， 技 术 含 量 比 较 高 ， 属 高 科 技 产 品 ， 其 几 十 年 的 发 展 也 使 其 在 原 理 、材 料 、 电 子 测 量 技 术 等 方 面 都 已 趋 向 成 熟 ， 又 考 虑 到 一 般 电 子 衡 器 大 多 都 是 采用 称 重 传 感 器 ， 所 以 体 重 测 量 部 分 中 我 们 也 选 择 了 称 重 传 感 器 。又 考 虑

14、到 人 的 体 重 一 般 都 在 0120Kg 以 内 ， 再 根 据 本 设 计 要 求 ， 重 量 误 差 应控 制 在 0.15Kg， 又 考 虑 到 秤 台 自 重 、 振 动 和 冲 击 分 量 ， 还 要 避 免 超 重 损 坏 传 感 器 ，所 以 我 们 确 定 传 感 器 量 程 为 150Kg。 最 终 方 案 我 们 选 择 的 是 上 海 开 沐 自 动 化 有限 公 司 生 产 的 NA-TH150 型 称 重 传 感 器 ， 量 程 150Kg， 允 许 过 载 为 150%F.S。它 可 以 满 足 本 系 统 的 精 度 要 求 、 量 程 要 求 以 及 价

15、 格 等 要 求 。2.2.2 前 级 处 理 电 路 部 分 方 案 论 证称 重 传 感 器 存 在 着 桥 压 的 纹 波 等 一 些 干 扰 信 号 ， 再 加 上 称 重 传 感 器 输 出 的电 压 信 号 为 毫 伏 级 ， 所 以 我 们 要 对 称 重 传 感 器 的 输 出 信 号 进 行 处 理 ， 才 能 输 入A/D 转 换 器 中 。 前 级 处 理 电 路 部 分 ， 我 们 考 虑 可 以 采 用 以 下 几 种 方 案 ：方 案 一 、 利 用 普 通 低 温 漂 运 算 放 大 器 构 成 前 级 处 理 电 路 ；普 通 低 温 漂 运 算 放 大 器 构

16、 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 、 主 要 由 高 精 度 低 漂 移 运 算 放 大 器 构 成 差 动 放 大 器 ， 而 构 成 的 前 级智能型身高体重仪的研制4处 理 电 路 ；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 (如 OP07)做 成 一 个 差 动 放 大 器 。 其 设 计 电 路 如 图 2-2 所 示 ：电 阻 R1、 R2 电 容 C1、 C2、 C3、 C4 用 于 滤 除 前 级 的 噪 声 ， C1、 C2 为 普 通小 电 容 ， 可 以 滤 除 高 频 干 扰 ， C3、 C4 为 大 的 电 解 电 容 ， 主 要 用 于 滤 除 低 频 噪 声 。图 2-2