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1、太原科技大学毕 业 设 计设计题目：电子体重秤系统的研究与设计 姓 名 学院（系） 电子信息工程学院 专 业 测控技术与仪器 年 级 2011 指导教师 2015 年 6 月12太原科技大学毕业设计摘要体重秤存在的最古老证据来源于印度河流域，至今大概有4000多年的历史。随着社会逐渐发展，人类的物质生活水平逐渐提高，越来越多的人因体重过高而患上高血压，高血脂等疾病，因此能实时了解自己的体重情况是生活中一件很重要的事。称重能及时发现自己体重健康状况，从而控制自己的体重，避免因肥胖而患上疾病。当前市场上已有各式各样的体重秤，它们能实现称重的目的，但是部分体重秤存在一些问题，比如称量精度较低、比较耗
2、电、可称量的范围较小、不能被一部分体重特殊的人群使用等问题。基于这种现状，本文提出一种简易的体重秤研究与设计方法，使人们花费很少的价格就能买到一款精度较高、响应速度快的体重秤。本设计采用四个相同的金属丝式应变片作为压力传感器，实现将被测重量转化为电阻的变化量，再将电阻的变化量转换为模拟电压的变化量，之后采用四臂全桥接线法的方式作为测量电路，并且将测到的模拟电压值接入HX711这款芯片，经过该芯片的电压信号放大和AD装换后用STM32单片机来采集数据并处理，最后通过LCD液晶屏显示出来。整个设计完成了量程为5kg150kg，显示精度为0.1kg的高精度体重秤，而且能快速实时的显示体重，达到了商业
3、衡器的精度，满足了实际生活中的基本称重需求，实现本设计的目的。 关键词： 重量，金属丝式应变片，压力传感器，HX711芯片，STM32单片机1ABSTRACT The oldest evidence of the existence of scales from the Indian River, has about 4,000 years of history. With the progressive development of society, peoples material living standards gradually improved, more and more peo
4、ple were overweight and suffering from high blood pressure, high cholesterol and other diseases, so they can understand their own body weight in real-time situations is something very important in life thing. Weighing can find the health of their weight to control their weight, to avoid suffering fr
5、om the disease of obesity. The current market has a wide range of scales, they can achieve the purpose of weight, but there are some problems portions scales, such as lower weighing accuracy, more power, smaller weighing range can not be part of the weight of special people to use and other issues.
6、Based on this situation, we propose a simple weight scale research and design methods to make people spend very little price you can buy a high precision, fast response scales. This design uses the same four wire strain gauges as pressure sensors, the measured weight into resistance variation, then
7、the amount of change in resistance is converted to an analog voltage variation, followed by a four-arm full bridge wiring method way as the measuring circuit, and the analog voltage values measured access HX711 chip through the chip voltage signal amplification and AD with STM32 microcontroller to c
8、ollect data exchange and after the installation process, and finally through the LCD screen display. The whole design complete range of 5KG 150KG, showing an accuracy of 0.1KG precision scales, and real-time display of weight quickly, reaching commercial weighing accuracy, to meet the real-life need
9、s of basic weighing to achieve this design purposes.Keywords: Weight, Wire strain gages,Pressure Sensors,HX711 chip,STM32 microcontroller1 目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题背景及意义11.2 体重秤的研究现状及发展趋势11.3 本文的主要研究方向2第2章 电子体重秤的设计思路32.1 总体流程图32.2 硬件部分32.2.1 体重秤面板32.2.2 传感器42.2.3 电压放大和AD转换芯片42.2.4 处理器42.2.5 显示器5
10、2.3 软件流程图5第3章 系统设计与硬件选型73.1 金属丝式应变片的结构和受力分析73.1.1 金属丝应变片压力传感器的结构73.1.2 压力传感器的受力分析73.1.3 应变片受力后电阻变化原理83.1.4 全桥电路93.2 电压放大和AD转换芯片93.3 处理器选择103.4 显示器选择12第4章 软件的编写和组成134.1 编程方法134.2 具体实现及关键代码134.2.1 建立工程和模块编写134.2.2 关键代码144.3 软件调试问题及结果15第5章 调试结果及指标的实现165.1 调试过程175.2 本设计的体重秤和标准体重秤实测值对比175.3 精度指标和已经达到的精度1
11、7第6章 结论和展望196.1 结论196.2 展望未来19参考文献20致 谢21附 录22III第1章 绪论1.1 课题背景及意义称量器具的出现来源已久，从公元前2300年前到公元前1600年的印度河平原就已出现，地点在今天的巴基斯坦境内，在此之前，体重秤的使用没有被考证。古时候的很多国家都有自己的称重工具，在古埃及，称重的工具大概可以追溯到公元前1869年，后来自从达芬奇改良了体重称，真正的体重秤才算是诞生，中国古代也比较重视质量的称重。作为一种称量手段，称量的系统应用于各种行业，在各个国家的经济发展发挥着重要的作用。随着社会的发展，人们的生活水平逐渐改善，人们的体重普遍增长，这也导致人们
12、患上了很多疾病，比如高血压，高血脂，血管硬化等疾病。越来越多的人将控制体重变为生活中一件非常重要的事，因而体重秤的应用也十分普遍。比如医院、药店、甚至商城等都有体重称，这种环境对于人们及时了解自己的体重，并且改善自己的生活习惯起到了很好的效果。当前体重秤种类较多，部分体重秤有着明显的缺点。首先，对于目前的大多数体重秤来说，精度都偏低，有些体重秤误差能够达到1kg。其次，现在市场在售的体重秤测量的范围较小，一般的体重秤最大量程不到100kg，最小有效称量也要10kg。而且目前很多体重秤使用一段时间后精度变低。鉴于这种状况，本文设计的体重秤有较高精度，能够显示最小0.1kg的灵敏度，并且量程从5k
13、g到150kg，能满足绝大多数人群使用，而且本次设计的电子称能够长时间保持较高的精度不变。1.2 体重秤的研究现状及发展趋势 目前，体重秤的发展可谓百家争鸣，每个厂商都有自己的品牌与特点，体重秤一般分为机械式和电子式两种，鉴于目前状态下电子称成本相对较低，并且准确性较高，所以市面上绝大多数都是电子体重秤，因为其种类繁多，涉及的人群较广，受到世界各个国家所重视，为保护广大消费者的权益，各国也制定了相应的标准。体重秤的发展随着电子芯片的发展，逐年更新换代，再加上社会的需求逐渐增大，目前市场上流通的体重秤虽然功能齐全，价格便宜，但是也有自身的一些缺点，比如精度不高，称量范围较小，例如宿舍买的品奥牌的
14、体重秤，只有超过10kg以上的重量才能准确显示，并且显示精度在1kg以内，误差较大。还有很多体重秤随着使用时间的延长而精度变得越来越低，称量较小体重时误差很大，而且耗电量特别大，比如森花牌的体重秤，插入的五号电池用不了多久就需要更换，因此也导致了使用的不便，这些情况便是目前待解决的问题。未来，在体重秤的发展方向上，体重秤一定会朝着这五个方向发展，依次有小型化、模块化、智能化、集成化、多功能化。其技术性能趋向是速度快，稳定性高，可靠性高，以及准确性较高，其功能趋向是称重计量的的控制信息和其他功能的信息并重的“智能化”功能，其应用趋向是组合性和综合性，比如加上身高测量，血压监测，胖瘦检测和体重状况
15、记录等其它实用的功能。1.3 本文的主要研究方向经过前文已经了解到体重秤的现状及未来的发展方向，面对未来，体重秤必须朝着更好的方向发展，所以本设计即为改善当前体重秤的不足而努力。首先，本系统采用了金属丝式应变片压力传感器，价格便宜，精度较高，能获取一定精度的电压数据。其次，因为获取的电压值较低，必须经过电压放大后才能进行AD转换，所以须经过电压放大这个环节。再次，处理器只能处理数字信号，而传感器采集到的信号是模拟电压信号，所以还要经过模数转换。最后，数据才能交给单片机处理，并通过LCD液晶屏幕显示。本文第一章介绍了体重秤的背景、意义、和发展趋势，准确的把握体重秤的发展前景和详细的分析了体重秤的现状。第二章主要描述了整个体重秤设计的思路和步骤，对整个流程进行总体分析。第三章主要介绍了每个硬件的选型以及使用，第四章概括了软件的编写和组成，以及核心代码的展示。第五章主要描述了调试结果以及遇到的问题和解决问题的思路历程。第六章描述了所获得的成果
