智能型BMI体重指数测试仪的设计与制作毕业设计

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1、本科毕业业设计（20112届）题目智能型BBMI体体重指数数测试仪仪的设计计与制作作学院专业班级学号学生姓名名指导教师师完成日期期诚 信 承 诺诺我谨在此此承诺：本人所所写的毕毕业论文文智能能型BMMI体重重指数测测试仪的的设计与与制作均系本本人独立立完成，没有抄抄袭行为为，凡涉涉及其他他作者的的观点和和材料，均作了了注释，若有不不实，后后果由本本人承担担。承诺人（签名）：20122 年 05 月月 099日杭州电子科技大学本科毕业设计摘 要本设计主主要设计计BMII（Boddy MMasss Inndexx，身体质质量指数数）体重测测试仪系系统的信信号处理理过程，继而实实现整个个BMII体重

2、测测试。BBMI体体重测试试仪系统统主要包包括称重重传感器器、放大大器、信信号处理理过程和和液晶显显示是整整个系统统的关键键。BMMI测试试过程：由传感感器采集集的电信信号，经经过一系系列的信信号处理理过程和和输入的的身高值值，由BBMI=体重（kg）/(身高高2)得到最最终的结结果。传传感器由由两个550kgg的半桥桥称重传传感器组组成全桥桥，其称称量范围围是1000kgg。BMI值最终终由采集集到的体体重和用用户输入入的身高高决定。本BMII体重测测试仪系系统主要要是由带带A/DD转换功功能的单单片机SSTC112C55A166S2控控制单元元，由电电阻式应应变片获获取电信信号，经经AD6

3、620放放大器、按键、显示模模块以及及软件程程序来完完成整个个称重系系统。本本设计运运用LCCD16602液液晶分两两行显示示采集到到体重值值，用户户输入的的身高值值和经系系统处理理过的BBMI值值和用户户的身体体质量状状况，其其直观、易读的的特点将将会受到到用户的的热爱。显然由单单片机控控制的体体重秤具具备使用用方便，直观，测量准准确，成成本低等等特点。此外，随着现现代社会会随着人人们生活活水平的的提高，人们对对自己的的身体健健康越来来越关注注，为此此BMII体重测测试仪越越来越凸凸显出了了其广泛泛的市场场前景受受。若BBMI体体重测试试仪广泛泛地使用用在家庭庭生活中中，将会会为提高高我国的

4、的人民的的身体素素质及延延长平均均寿命做做出巨大大贡献。关键字：BMII；体重重计；SSTC112C55A166S2；称重传传感器；AD6620ABSTTRACCTThiss deesiggn mmainnly thee deesiggn ssignnal proocesssinng ssysttem of BMII weeighht ttestter, thhen reaalizze tthe enttiree BMMI wweigght tesst. BMII weeighht ttestter sysstemm maainlly iinclludiing weiighiing traan

5、sdduceer, amppliffierrs, siggnall prroceessiing andd liiquiid ccrysstall diispllay is thee keey tto tthe whoole sysstemm. BBMI tesst pproccesss: ffromm seensoors to colllecct tthe eleectrricaal ssignnalss,affterr a serriess off siignaal pproccesssingg annd iinpuut hheigght vallue, byy BMMI = weeighh

6、t (kg) / (heeighht 2) geet tthe finnal outtcomme. Thee whholee brridgge wweigghinng ttrannsduucerrs ccompposiitioon oof ttwo 50kkg hhalff brridgge wweigghinng ttrannsduucerrs annd iits rannge is weiighiing 1000kg. BMMI eevenntuaallyy iss deecidded by thee coolleecteed wweigght andd thhe hheigght of

7、thee usser.The BMII weeighht ttestter sysstemm iss maainlly ccompposeed oof ttakiing A/DD coonveersiion funnctiion of thee siinglle cchipp miicroocommputter STCC12CC5A166S2 conntrool uunitts, by thee reesisstannce strrainn gaaugee tyype forr ellecttriccal siggnall ,tthrooughh thhe pproccesss off amm

8、pliifieer AAD6220, butttonns, dissplaay mmoduule andd sooftwwaree prrogrram to commpleete thee whholee weeighhingg syysteem. Thiis ddesiign usees LLCD116022 too diispllay thee coolleecteed wweigght vallue, thhe uuserr innputt heeighht vvaluue aand thee syysteem wwithh thhe bbodyy maass inddex (BMMI)

9、 andd thhe uuserrs heaalthhy ccondditiion .thhe iintuuitiive andd eaasy to reaad ccharractteriistiics willl bbe lliveely lovved by useers.Obviioussly thee siinglle-cchippmiccroccompputeer cconttroll weeighht sscalles havve ccharractteriistiics of connvennienntlyy usse, inttuittivee,hiigh meaasurreme

10、ent acccuraacy, loow ccostt ettc. In addditiion, inn mooderrn ssociietyy wiith thee immproovemmentt off peeoplless liivinng sstanndarrd, peooplee taake morre aand morre aatteentiion on theeir heaalthh, thhereeforre BBMI weiightt teesteer mmoree annd mmoree brringgs oout itss wiidesspreead marrkett p

11、rrosppectt. IIf tthe BMII weeighht ttestter widdelyy ussed in thee faamilly,iit wwillls bbe tto iimprrovee ouur ppeopples pphyssicaal qquallityy annd mmadee grreatt coontrribuutioon tto eexteend liffe eexpeectaancyy.Keywwordds:BMII；weeighht ttestter；STCC12CC5A166S2；weiighiing traansdduceer；AD6620 目

12、录1引言112概述222.1电电子称概概述22.2本本设计方方案思路路32.3研研发方向向和技术术关键442.4主主要技术术指标443系统方方法论证证与选型型53.1控控制器部部分53.2数数据采集集部分的的选择663.2.1传感感器的选选择63.2.2放大大电路的的选择993.3显显示部分分104硬件设设计1334.1主主控器电电路1334.2信信号采集集、放大大电路1164.3显显示电路路本设计计174.4系系统完成成工作过过程1995软件设设计2005.1总总体方案案205.2AA/D转转换部分分程序流流图2005.3LLCD显显示部分分程序2215.4按按键程序序流图2226制作与与调

13、试2246.1硬硬件电路路的布线线与焊接接246.1.1总体体特点2246.1.2电路路划分2246.1.3焊接接246.2实实物图2246.3误误差分析析267结论227致谢288参考文献献29附录A系系统电路路图与PPCB制制板图331附录B系系统程序序321 引言体重秤可可以分为为电子体体重秤和和机械体体重秤 ，还可可以分为为带身高高尺的体体重秤和和不带身身高尺的的体重秤秤。体重重称是衡衡器使用用功能中中的一个个分类，物美价价廉，可可以帮助助人们有有效的监监视自己己的体重重变化，新产品品还可以以检测自自己的脂脂肪含量量，而且且还有一一些人性性化的附附属功能能。 现代社会会随着人人们生活活

14、水平的的提高，人们对对自己的的身体健健康越来来越关注注，而身身高和体体重比例例又是衡衡量身体体健康与与否的一一个重要要标准，因此用用一台体体重计定定期测量量自己的的体重是是否合格格成为关关注自我我的一个个标志。 传统的体体重秤是是仪表形形式的，不仅测测量的误误差比较较大，而而且读数数很不方方便，体体积上会会占用更更多的空空间。而而电子衡衡器总的的发展趋趋势向着着小型化化、模块块化、集集成化、智能化化方向发发展；其其技术性性能趋向向是速率率高、准准确度高高、稳定定性高、可靠性性高；其其功能趋趋向是称称重计量量的控制制信息和和非控制制信息并并重的“智能化化”功能；其应用用性能趋趋向于综综合性和和组

15、合性性。因此此电子秤秤取代机机械秤是是科学技技术发展展的必然然规律。低成本本、高智智能化的的电子体体重秤体体现出来来了其广广泛的市市场前景景。在我国，集多能能于一体体的体重重秤还并并没大量量普及。可以预预见，多多功能，智能化化体重秤秤技术必必将随着着我国相相关技术术的发展展而逐步步完善和和成熟，广泛地地使用在在家庭生生活中，将会为为提高我我国的人人民的身身体素质质及延长长平均寿寿命做出出巨大贡贡献。本设计主主要设计计BMII体重测测试仪系系统的信信号处理理过程，由带AA/D转转换功能能的单片片机STTC122C5AA16SS2控制制单元，由电阻阻式应变变片获取取电信号号，经AAD6220放大大

16、器、按按键、显显示模块块以及软软件程序序来完成成整个称称重系统统。选择择LCDD16002显示示，突出出了直观观易读的的特点。2 概述2.1 电子称概概述衡器（wweigghinng mmachhinee），是是计量器器具的一一个重要要组成部部分。过过去人们们称计量量为度度量衡。所谓谓度，是是指用尺尺（如古古时的骨骨尺、牙牙尺及以以后渐次次问世的的竹尺、木尺、皮尺、钢尺等等）测量量物体的的长短；所谓量量，是指指用容器器（如古古时的合合、升、斗、斛斛及以后后使用的的量桶、量杯等等）测量量物体的的体积；所谓衡衡，则是是指测量量物体重重量。 衡，应应始于原原始社会会末期，据史料料记载距距今已有有40

17、000多年年，当时时出现了了物品交交换，但但计量方方法则是是靠眼看看手摸；而作为为计量重重量的器器具 -衡器器，在我我国最早早出现于于夏朝；春秋战战国时期期已掌握握了杠杆杆原理，战国中中期在楚楚中一带带已广泛泛使用天天平和砝砝码称量量黄金，但在相相当长的的时期内内计量标标准不一一，较为为混乱，直到秦秦统一天天下后，于秦始始皇二十十六年实实行商鞅鞅变法（公元前前2211年），才统一一了度量量衡标准准；宋朝朝时期出出现了准准确度达达到1厘厘（400mg）的戥秤秤，标志志着当时时的衡器器已具有有相当可可观技术术水准。衡器广泛泛应用于于工业、农业、商业、科研、医疗卫卫生等部部门。衡衡器是利利用力的的形

18、变平平衡原理理（胡克克原理）或力的的杠杆平平衡原理理测定物物体质量量的。形形变平衡衡根据被被测物自自身重量量所引起起的弹性性体形变变量来测测定被测测物质量量，形变变量随着着重力加加速度的的变化而而变化；杠杆平平衡根据据标定砝砝码重量量与被测测物重量量在杠杆杆上的平平衡来测测定被测测物质量量。杠杆杆平衡与与重力加加速度的的变化无无关，但但在重力力加速度度等于零零时，衡衡量失效效。衡器器按结构构原理可可分为机机械秤、电子秤秤、机电电结合秤秤三大类类。电子子秤是电电子衡器器中的一一种，衡衡器是国国家法定定计量器器具，是是国计民民生、国国防建设设、科学学研究、内外贸贸易不可可缺少的的计量设设备，衡衡器

19、产品品技术水水平的高高低，将将直接影影响各行行各业的的现代化化水平和和社会经经济效益益的提高高。因此此，称重重技术的的研究和和衡器工工业的发发展各国国都非常常重视。50年代代中期电电子技术术的渗入入推动了了衡器制制造业的的发展。60年代代初期出出现机电电结合式式电子衡衡器以来来，随着着时代科科技的迅迅猛发展展，微电电子学和和计算机机等现代代电子技技术的成成就给传传统的电电子测量量与仪器器带来了了巨大的的冲击和和革命性性的影响响。经过过40多年年的不断断改进与与完善，衡器技技术也在在不断进进步和提提高11。从世界水水平看，衡器技技术已经经经历了了四个阶阶段，从从传统的的全部由由机械元元器件组组成

20、的机机械称到到用电子子线路代代替部分分机械元元器件的的机电结结合秤，再从集集成电路路式到目目前的单单片机系系统设计计的电子子计价秤秤。中国的衡衡器行业业是一个个具有漫漫长发展展历史的的传统产产业和重重要的基基础行业业。改革革开放后后，中国国衡器行行业有了了较快的的发展，衡器工工业的管管理体制制、行业业结构、产品结结构、技技术水平平以及在在国民经经济中所所处的地地位更是是变化巨巨大。多多年以来来，中国国都是以以机械衡衡器为主主，二十十世纪八八十年代代开始扩扩大对电电子衡器器的使用用和对大大型自动动衡器的的研制，中国现现已能够够独立设设计制造造精度高高、运行行快、计计量准确确的各种种电子衡衡器。我

21、我国电子子衡器从从最初的的机电结结合型发发展到现现在的全全电子型型和数字字智能型型。现今今电子衡衡器制造造技术及及应用得得到了新新发展：电子称称重技术术从静态态称重向向动态称称重发展展；计量量方法从从模拟测测量向数数字测量量发展；测量特特点从单单参数测测量向多多参数测测量发展展1。常规规的测试试仪器仪仪表和控控制装置置被更先先进的智智能仪器器所取代代，使得得传统的的电子测测量仪器器在远离离、功能能、精度度及自动动化水平平定方面面发生了了巨大变变化，并并相应的的出现了了各种各各样的智智能仪器器控制系系统，使使得科学学实验和和应用工工程的自自动化程程度得以以显著提提高。现代社会会随着人人们生活活水

22、平的的提高，人们对对自己的的身体健健康越来来越关注注，而身身高和体体重比例例又是衡衡量身体体健康与与否的一一个重要要标准，因此用用一台体体重计定定期测量量自己的的体重是是否合格格成为关关注自我我的一个个标志。传统的体体重秤是是仪表形形式的，不仅测测量的误误差比较较大，而而且读数数很不方方便，体体积上会会占用更更多的空空间。而而电子衡衡器总的的发展趋趋势向着着小型化化、模块块化、集集成化、智能化化方向发发展；其其技术性性能趋向向是速率率高、准准确度高高、稳定定性高、可靠性性高；其其功能趋趋向是称称重计量量的控制制信息和和非控制制信息并并重的“智能化化”功能；其应用用性能趋趋向于综综合性和和组合性

23、性2。因此此电子秤秤取代机机械秤是是科学技技术发展展的必然然规律。低成本本、高智智能化的的电子体体重秤体体现出来来了其广广泛的市市场前景景。此外，由由于科技技高速发发展和应应用水平平提高，衡器产产品数字字化、集集成化、网络化化、智能能化将成成为世界界衡器工工业的发发展方向向和重点点。中国国应用高高技术含含量的先先进衡器器，还处处在依赖赖进口解解决供应应的阶段段，因此此，在技技术含量量高的衡衡器产品品领域，中国的的衡器制制造企业业有着巨巨大的发发展空间间。另外外，随着着国内消消费水平平和工业业经济的的持续增增长，衡衡器产品品的国内内需求将将进一步步拉升。2.2 本设计方方案思路路我国工业业现代化

24、化的进程程和电子子信息产产业以220%以以上的速速度连续续高速增增长，专专用电子子设备中中的应用用也快速速增长，所用传传感器占占市场份份额的115%左左右。为为此，运运用传感感器制作作电子产产品的趋趋势越来来越明显显，其市市场前景景也越来来越被看看好。基于上述述背景，本设计计以实现现信号的的良好采采集、放放大、传传输为主主要目的的；以电电信号的的转换，信号的的处理及及控制显显示为主主要设计计内容，以此实实现智能能化、直直观化、便于用用户使用用的BMMI体重重测试仪仪的测试试系统。在信号采采集方面面设计用用称重传传感器采采集弱电电信号，由于采采集的信信号只有有mV级，故而设设计了小小信号的的放大

25、电电路和信信号的滤滤波电路路以此保保证能够够采集到到良好的的信号和和便于下下级单片片机易于于处理的的信号；在A/D转换换方面，由于单单片机自自身带有有8位和100位转换换功能，为了能能够得到到高精度度的体重重值，为为此采用用10位的的A/D转换功功能对其其进行转转化。对对信号的的处理控控制上，由功能能键、加加键、减减键控制制器和单单片机的的计算处处理使其其在LCCD上显显示。2.3 研发方向向和技术术关键(1) 小信号的的采集和和放大，放大器器的运用用；(2) A/D转转换功能能的运用用和处理理；(3) 单片机控控制数据据处理，LCDD液晶显显示；(4) 人机交互互键面的的控制、转换；2.4

26、主要技术术指标(1) 系统工作作电压：直流55V(2) 称重传感感器称重重范围：0-1100kkg(3) 放大器AAD6220对小小信号的的放大倍倍数：GG=5000(4) 传感器满满量程输输出：110mVV(5) 传感器综综合误差差：0.2%(6) 测量精度度：100kg/mV3 系统方法法论证与与选型3.1 控制器部部分考虑到本本设计资资源的利利用率、成本等等因素，故而只只需要普普通的551单片片机即可可实现BBMI测测试系统统的功能能。但是是硬件电电路的制制作过程程中，由由于称重重传感器器所采集集的电信信号是模模拟信号号必须对对其模-数转换换。然而而如果选选取ADD08009芯片片必然增

27、增加设计计成本，也使得得设计电电路变得得复杂，PCBB板可能能出现跳跳线等问问题增加加硬件制制作的难难度等等等。而且且现增强强板的带带模/数转换换功能的的51单片片机已经经很多了了，而且且价位和和普通的的单片机机差不多多，A/D运用用起来也也比较简简单，故故而本设设计我选选取了带带A/DD的STCC12CC5A660S223。STC112C55A600S2/AD/PWMM 系列列单片机机是宏晶晶科技生生产的单单时钟/机器周周期(11T)的的单片机机，是高高速/低功耗耗/超强抗抗干扰的的新一代代80551单片片机，指指令代码码完全兼兼容传统统80551,但但速度快快8-112倍。内部集集成MAA

28、X8110专用用复位电电路,22路PWMM,8路路高速110位A/DD转换(2250KK/S，即2550万次/秒),针对对电机控控制，强强干扰场场合。STC112C55A600S2系系列单片片机带AA/D转转换的单单片机的的A/DD转换口口在P11口(P11.7-P1.0)，有8路10位高高速A/D转换换器,速度可可达到2250KKHz(25万万次 /􃀂秒)。8路电压压输入型型A/DD，可做做温度检检测、电电池电压压检测、按键扫扫描、频频谱检测测等。上上电复位位后P11口为弱弱上拉型型I/OO口，用用户可以以通过软软件设置置将8路中的的任何一一路设置置为A/D转换换，不需需作

29、为AA/D使使用的口口可继续续作为II/O口口使用。其ADDC由多多路选择择开关、比较器器、逐次次比较寄寄存器、10位DACC转换结结果寄存存器(AADC_RESS和ADCC_REESL)以及ADDC_CCONTTR构成成。STC112C55A600S2系系列单片片机的AADC是是逐次比比较型AADC。逐次比比较型AADC由由一个比比较器和和D/AA转换器器构成，通过逐逐次比较较逻辑，从最高高位(MMSB)开始，顺序地地对每一一输入电电压与内内置D/A转换换器输出出进行比比较，经经过多次次比较，使转换换所得的的数字量量逐次逼逼近输入入模拟量量对应值值。逐次次比较型型A/DD转换器器具有速速度高

30、，功耗低低等优点点。STC112C55A600S2通通过模拟拟多路开开关，将将通过AADC007的的模拟量量输入送送给比较较器。用用数/模转换换器(DDAC)转换的的模拟量量与本次次输入的的模拟量量通过比比较器进进行比较较，将比比较结果果保存到到逐次比比较器，并通过过逐次比比较寄存存器输出出转换结结果。AA/D转转换结束束后，最最终的转转换结果果保存到到ADCC转换结结果寄存存器ADDC_RRES和和ADCC_REESL，同时，置位AADC控控制寄存存器ADDC_CCONTTR中的的A/DD转换结结束标志志位ADDC_FFLAGG,以供供程序查查询或发发出中断断申请。模拟通通道的选选择控制制由

31、ADDC控制制寄存器器ADCC_COONTRR中的CHHS2 CCHS00确定。ADCC的转换换速度由由ADCC控制寄寄存器中中的SPPEEDD1和SPEEED00确定。在使用用ADCC之前，应先给给ADCC上电，也就是是置位AADC控控制寄存存器中的的ADCC_POOWERR位。3.2 数据采集集部分的的选择数据采集集部分由由称重传传感器和和信号放放大器和和采样保保持电路路组成。3.2.1 传感器的的选择传感器是是一种物物理装置置或生物物器官，能够探探测、感感受外界界的信号号、物理理条件（如光、热、湿湿度）或或化学组组成（如如烟雾），并将将探知的的信息传传递给其其他装置置或器官官。传感感器可

32、分分为应变变式传感感器、电电感式传传感器、电容式式传感器器等等。各种传传感器的的性能如如下：(1) 应变式传传感器4应变式传传感器的的工作原原理是，机械弹弹性结构构体受力力变形时时产生应应变效应应。这种种应变效效应应由由电阻应应变片完完成检测测，应变变片的电电阻变化化再由电电桥完成成信号的的转换，并最终终输出与与弹性体体受力成成对关系系的电信信号。应变式传传感器的的优点是是精度高高，测量量范围广广，寿命长长，结构简简单，频频响特性性好，能能在恶劣劣条件下下工作，易于实实现小型型化、整整体化和和品种多多样化等等。缺点点是对于于大应变变有较大大的非线线性、输输出信号号较弱，但可采采取一定定的补偿偿

33、措施。(2) 电感式传传感器4电感式传传感器是是利用电电磁感应应把被测测的物理理量如位位移，压压力，流流量，振振动等转转换成线线圈的自自感系数数和互感感系数的的变化，再由电电路转换换为电压压或电流流的变化化量输出出，实现现非电量量到电量量的转换换。电感式传传感器的的优点是是灵敏度度高，分分辨力高高，位移移小；精度度高，线线性特性性好，非非线性误误差小；性能能稳定，重复性性好；结结构简单单可靠、输出功功率大、输出阻阻抗小、抗干扰扰能力强强、对工工作环境境要求不不高、寿寿命长；能实现现信息的的远距离离传输、记录、显示和和控制等等。缺点点是存在交交流零位位信号，不适于于高频动动态信号号测量等等。(3

34、) 电容式传传感器电容式传传感器的的电容检检测元件件是根据据圆筒形形电容器器原理进进行工作作的，电电容器由由两个绝绝缘的同同轴圆柱柱极板内内电极和和外电极极组成，在两筒筒之间充充以介电电常数为为e的电电解质时时，两圆圆筒间的的电容量量为C=2eLL/lnnD/dd，式中中L为两两筒相互互重合部部分的长长度；DD为外筒筒电极的的直径；d为内内筒电极极的直径径；e为为中间介介质的电电介常数数。在实实际测量量中D、d、ee是基本本不变的的，故测测得C即即可知道道液位的的高低。如图（1）所所示：图1圆筒筒形电容容器电容器传传感器的的优点是是结构简简单，价格便便宜，灵灵敏度高高，零磁磁滞，真真空兼容容，

35、过载载能力强强，动态态响应特特性好和和对高温温、辐射射、强振振等恶劣劣条件的的适应性性强等。缺点是是输出有有非线性性，寄生生电容和和分布电电容对灵灵敏度和和测量精精度的影影响较大大，以及及联接电电路较复复杂等。在选择传传感器时时必须根根据传感感器的性性能参数数：称重重量程、额定压压力范围围、最大大压力范范围、损损坏压力力、 线线性度、温度范范围以及及各种传传感器的的优缺点点等来选选取最适适合本设设计的传传感器，特别是是要注意意称重量量程、最最大压力力范围、损坏压压力由此此选择传传感器。(1) 额定压力力范围额定压力力范围是是满足标标准规定定值的压压力范围围。也就就是在最最高和最最低温度度之间，

36、传感器器输出符符合规定定工作特特性的压压力范围围。在实实际应用用时传感感器所测测压力在在该范围围之内。(2) 最大压力力范围最大压力力范围是是指传感感器能长长时间承承受的最最大压力力，且不不引起输输出特性性永久性性改变。特别是是半导体体压力传传感器，为提高高线性和和温度特特性，一一般都大大幅度减减小额定定压力范范围。因因此，即即使在额额定压力力以上连连续使用用也不会会被损坏坏。一般般最大压压力是额额定压力力最高值值的2-3倍。(3) 温度范围围压力传感感器的温温度范围围分为补补偿温度度范围和和工作温温度范围围。补偿偿温度范范围是由由于施加加了温度度补偿，精度进进入额定定范围内内的温度度范围。工

37、作温温度范围围是保证证压力传传感器能能正常工工作的温温度范围围。工作作温度应应保证在在常温下下正常工工作。(4) 损坏压力力 损坏压力力是指能能够加工工在传感感器上且且不使传传感器元元件或传传感器外外壳损坏坏的最大大压力。 (5) 压力迟滞滞 为在室温温下及工工作压力力范围内内，从最最小工作作压力和和最大工工作压力力趋近某某一压力力时，传传感器输输出之差差。综合上述述各种传传感器的的特点，选择了了压力传传感器，然压力力传感器器的种类类也很多多包括电阻阻应变片片压力传传感器、半导体体应变片片压力传传感器、压阻式式压力传传感器、电感式式压力传传感器、电容式式压力传传感器、谐振式式压力传传感器及及电

38、容式式加速度度传感器器等。但但应用最最为广泛泛的是压压阻式压压力传感感器，它它具有极极低的价价格和较较高的精精度以及及较好的的线性特特性。本本设计选选择了电电阻应变变式称重重传感器器。电阻应变变式传感感器4工作原原理：电电阻应变变式传感感器是一一种利用用电阻应应变效应应，将各各种力学学量转换换为电信信号的结结构型传传感器。如图2所示示为其主主要的工工作原理理：当直直流供电电的平衡衡电阻电电桥的电电阻发生生变化时时，从而而转化为为电阻两两端的输输出电压压变化为为下一步步数据处处理作准准备。图2称重重传感器器电路原原理图输出电压压计算公公式：（1）当,时，输出电电压：（2）本设计选选用适合合称重的

39、的压力传传感器，即量程程50kkg的两两个半桥桥称重传传感器组组成量程程是1000kgg的全桥桥电路。用法完完全与550千克克的半桥桥称重传传感器相相同，仅仅仅是量量程很输输出最大大幅度增增大了22倍。500kg半半桥式称称重传感感器技术术参数如如表1所所示：表1 550kgg半桥式式称重传传感器技技术参数数表量程(kg) 500综合误误差(%F.SS)0.22额定输输出温度度飘移(%F.S/110) 00.155灵敏度度(mv/vv)0.990.1零点输输出(mmV/VV)0.3非线性性(%FF.S)0.22输入电电阻( )10000550续表1 50kkg半桥桥式称重重传感器器技术参参数表

40、重复性性(%FF.S)0.11输出电电阻( )10000550滞后(%F.S)0.22绝缘电电阻(MM)20000(1000VDCC)蠕变(%F.S/33minn)0.11推荐激激励电压压(V)5110 零点点漂移(%F.S/11minn)0.11工作温温度范围围 ()-100+500 零点点温度漂漂移(%F.SS/100)0.22过载能能力(%F.SS)15503.2.2 放大电路路的选择择称重传感感器输出出电压振振幅范围围010mmV。而而A/DD转换的的STCC12CC5A660S22单片机机是以单单片机的的实际工工作电压压5V来做做模拟参参考电压压的，故故其输入入电压要要求为005V，

41、因因此放大大环节要要有5000倍左左右的增增益。而而且在简简单系统统中绝对对精度和和漂移误误差是放放大电路路最主要要的误差差来源。为此即即使很小小的干扰扰信号也也会严重重的影响响输出结结果，继继而需要要设计的的电路必必须要抑抑制共模模信号，为此本本设计采采用差分分放大器器AD6620芯芯片作为为放大电电路的主主芯片。AD6620的的优点：(1) 低成本；(2) 无论用于于何种系系统都能能提供更更低功耗耗（最大大工作电电流只有有1.33mA）、更低低成本、更高的的精度的的放大器器；(3) 放大器电电路本身身仅需设设置一个个外部电电阻来设设置增益益，增益益范围为为1至100000；(4) 高精度（

42、最大非非线性度度40pppm）、低失失调电压压（最大大50uuV）和和低失调调漂移（最大00.6uuV/C）特性性，是电电子称和和传感器器接口等等精密数数据采集集系统的的理想之之选。AD6220其工工作原理理如图33所示：图3ADD6200内部结结构输入晶体体管Q11和Q2提供供一路高高精度差差分对双双极性输输入如图图3，同时时由于采采用SuuperrBetta处理理，因此此输入偏偏置电流流减小110倍。反馈环环路Q11-A11-R11和Q2-A2-R2使使的输入入器件QQ1和Q2的集集电极电电流保持持恒定，从而可可将输入入电压作作用于外外部增益益设置电电阻RG上。这这样就产产生了从从输入至至

43、A1/A2输输出的差差分增益益，其计计算公式式为G=（R1+R2）+1。单单位增益益减法器器A3用来来消除任任何共模模信号，以获得得折合到到REFF引脚单单位的单单端输出出。(1) RG值还还可以决决定前置置放大器器级的跨跨导。当当减小RRG以获获得更大大增益时时，该跨跨导将渐渐近增大大到输入入晶体管管的跨导导。这就就会带来来三大好好处：(2) 开环增益益提升以以提供更更大的编编程增益益，从而而减小与与增益相相关的误误差；(3) 增益带宽宽积（由由C1、C2和前前置放大大器跨导导决定）随着编编程增益益提高而而增大，从而优优化频率率响应；(4) 输入电压压噪声降降至9nnV/HHz，它它主要由由

44、输入器器件的集集电极电电流和基基极电阻阻决定。AD6220内部部增益电电阻R11和R2已调调整至绝绝对值224.77k，因因此增益益公式如如公式（3）所所示，外外接电阻阻计算公公式如公公式（44）所示示：（3）（4）3.3 显示部分分显示器的的选择直直接关系系用户是是否会选选择你所所生产的的产品，为此在在选择显显示器其其必须要要直观，易读，清晰以以方便普普通用户户使用。方案一：数码管管显示数码管显显示直观观易懂，但是只只可显示示数据，不能显显示文字字或图像像。数码码管比较较廉价，驱动电电路简单单，寿命命较长，且不易易出现故故障，但但在背景景光较强强的时候候显示不不清晰，耗电比比较高。不符合合本

45、系统统低功耗耗的设计计原则。的优点点是亮度度高、显显示大、驱动部部份的软软件简单单等。缺缺点是耗耗电及体体积大等等。方案二：液晶显显示液晶显示示具有以以下的优优点：(1) 显示质量量高由于液晶晶显示器器每一个个点在收收到信号号后就一一直保持持那种色色彩和亮亮度，恒恒定发光光，而不不象阴极极射线管管显示器器（CRRT）那那样需要要不断刷刷新亮点点。因此此，液晶晶显示器器画质高高而且绝绝对不会会闪烁，把眼睛睛疲劳降降到最低低。(2) 没有电磁磁辐射传统显示示器的显显示材料料是荧光光粉，通通过电子子束撞击击荧光粉粉而显示示，电子子束在打打到荧光光粉上的的一刹那那间会产产生强大大的电磁磁辐射。液晶显显

46、示器在在防止辐辐射方面面具有先先天的优优势，因因为它根根本就不不存在辐辐射。在在电磁波波的防范范方面，液晶显显示器也也有自己己独特的的优势，它采用用了严格格的密封封技术将将来自驱驱动电路路的少量量电磁波波封闭在在显示器器中，而而普通显显示器为为了散发发热量的的需要，必须尽尽可能地地让内部部的电路路与空气气接触，这样内内部电路路产生的的电磁波波也就大大量地向向外“泄漏”了。(3) 可视面积积大对于相同同尺寸的的显示器器来说，液晶显显示器的的可视面面积要更更大一些些。液晶晶显示器器的可视视面积跟跟它的对对角线尺尺寸相同同。阴极极射线管管显示器器显像管管前面板板四周有有一英寸寸左右的的边框不不能用于

47、于显示。(4) 广泛应用用逐步应用用于液晶晶电视、摄像机机的液晶晶显示器器、掌上上游戏机机上。而而随后出出现的DDSTNN和TFTT则被广广泛制作作成电脑脑中的液液晶显示示设备，DSTTN液晶晶显示屏屏用于早早期的笔笔记本电电脑；TTFT则则既应用用在笔记记本电脑脑上（现现在大多多数笔记记本电脑脑都使用用TFTT显示屏屏），又又用于主主流台式式显示器器上。(5) 画面效果果好与传统显显示器相相比，液液晶显示示器一开开始就使使用纯平平面的玻玻璃板，其显示示效果是是平面直直角的，让人有有一种耳耳目一新新的感觉觉。而且且液晶显显示器更更容易在在小面积积屏幕上上实现高高分辨率率。(6) 数字式接接口液

48、晶显示示器都是是数字式式的，使使用液晶晶显示器器不需要要把数字字信号转转化成模模拟信号号再行输输出从而而使色彩彩和定位位都更加加准确完完美。(7) 功率消耗耗小传统的显显示器内内部由许许多电路路组成，这些电电路驱动动着阴极极射线显显像管工工作时，需要消消耗很大大的功率率，而且且随着体体积的不不断增大大，其内内部电路路消耗的的功率肯肯定也会会随之增增大。相相比而言言，液晶晶显示器器的功耗耗主要消消耗在其其内部的的电极和和驱动IIC上，因而耗耗电量比比传统显显示器也也要小得得多。(8) “身材”匀称小小巧液晶显示示器通过过显示屏屏上的电电极控制制液晶分分子状态态来达到到显示目目的，即即使屏幕幕加大

49、，它的体体积也不不会成正正比的增增加，而而且在重重量上比比相同显显示面积积的传统统显示器器要轻得得多。同时液晶晶显示也也存在着着以下的的缺点：(1) 可视偏转转角度过过小液晶显示示器可视视偏转角角度有限限，往往往是只能能从正面面观看，从侧面面看就会会出现较较大的亮亮度和色色彩失真真。(2) 容易产生生影像拖拖尾现象象足够快的的响应时时间才能能保证画画面的连连贯。目目前，市市面上一一般的液液晶显示示器，响响应时间间与以前前相比已已经有了了很大的的突破，一般为为40mms左右右。但有有个别LLCD产产品响应应时间不不够短，导致显显示运动动画面时时会产生生影像拖拖尾的现现象。(3) 液晶显示示器的亮

50、亮度和对对比度不不是很好好由于液晶晶分子不不能自己己发光，所以，液晶显显示器需需要靠外外界光源源辅助发发光。(4) 液晶“坏坏点”问题液晶显示示屏的材材料一般般采用玻玻璃，很很容易破破碎，再再加上每每一个像像素都十十分细小小，常常常会造成成个别的的像素坏坏掉的现现象，俗俗称“坏点”，这是是无法维维修的，只有更更换整个个显示屏屏，而更更换的价价格往往往十分昂昂贵。(5) 寿命有限限液晶显示示器不像像普通显显示器那那么耐用用。一般般认为两两到三年年是正常常寿命，因而在在购买时时要考虑虑两三年年后是否否愿意再再次更换换显示器器。本设计所所需显示示的部分分包括采采集处理理的体重重值，输输入的身身高值，

51、控制器器处理过过的BMMI值以以及BMMI标准准的检测测结果这这四个部部分。为为此，考考虑到资资源的利利用率和和成本，我选择择了使用用LCDD16002分两两行显示示。LCCD16602比比数码管管直观，易操作作，而且且具有人人性化的的交互键键面。LLCD116022两行显显示RAAM地址址映射图图如图44所示：如图4 RAMM地址映映射图4 硬件设计计工作原理理：当人人站在体体重秤上上时，由由于压力力使得称称重传感感器的薄薄片变形形而产生生压电阻阻抗效果果，从而而使阻抗抗的变化化转换成成电信号号。该信信号经前前置放大大电路放放大输出出到采样样保持。因为采采集的信信号是模模拟信号号其不稳稳定，

52、故故而需要要用到采采集保持持电路将将模拟信信号输送送入带AA/D转转换的单单片机。由单片片机将模模拟信号号转换成成数字信信号。CCPU根根据键盘盘命令以以及等待待人输入入本人的的身高通通过程序序处理后后将结果果输出到到液晶显显示器上上。驱动动显示模模块，此此部分主主要由软软件设计计部分完完成。报报警电路路是根据据各个器器件及系系统指标标由软件件设计控控制其称称重范围围。系统统原理框框图如图图5下所所示：称重传感器滤波电路放大电路带A/D转换的CPU处理器显示电路超标报警复位电路按键图5系统统原理框框图本次硬件件设计采采用的是是Alttiumm Deesiggnerr 6 软件制制作PCCB板的

53、的。Alltiuum DDesiigneer 66Prootell软件的的原厂商商 Alltiuum公 司推出出了Prroteel系列列的最新新高端版版本，是完全全一体化化电子产产品开发发系统的的一个新新版本，也是业业界第一一款也是是唯一一一种完整整的板级级设计解解决方案案。Alltiuum DDesiigneer除了了全面继继承包括括99SSE，PProttel220044在内的的先前一一系列版版本的功功能和优优点以外外，还增增加了许许多改进进和很多多高端功功能，从而使用用户使用用起来更更加得心心应手。整个系系统电路路如附录录所示。4.1 主控器电电路主控制器器是STTC122C5AA60S

54、S2单片片机，最最小系统统由起振振电路和和复位电电路组成成。主控控电路如如图6所示图6主控控电路STC112C55A600S2单单片机（工作电电压： 5.55V - 3.5V（5V单片片机）;工作频频率范围围：035MMHz）管脚功功能：P0.00 P0.7 PP0 ： P00口既可可作为输输入/输出口口，也可可作为地地址/数据复复用总线线使用。当P00口作为为输入/输出口口时，PP0是一一个8位准双双向口，内部有有弱上拉拉电阻，无需外外接上拉拉电阻。当P00作为地地址/数据复复用总线线使用时时，是低低8位地址址线AA0AA7，数据线线的DD0DD7。P1.00/ADDC0/CLKKOUTT2

55、：P1.0是标标准I/O口 POORT110 ；ADCC0是 ADDC 输输入通道道-0；CLKKOUTT2是独独立波特特率发生生器的时时钟输出出可通过过设置WWAKEE_CLLKO2位位/BRRTCLKKO将该该管脚配配置为CCLKOOUT22 P1.11/ADDC1：P1.1是标准准I/OO口 POORT111 ；ADCC1是 ADDC 输输入通道道-1P1.22/ADDC2/ECII/RxxD2 ：P1.2是标标准I/O口 POORT112 ；ADCC2是 ADDC 输输入通道道-2；ECII是PCAA计数器器的外部部脉冲输输入脚；RxDD2是第二串串口数据据接收端端。P1.33/ADD

56、C3/CCPP0/TTxD22：P1.3是标标准I/O口 POORT113 ；ADCC3是 ADDC 输输入通道道-3；CCPP0是外部信信号捕获获(频率测测量或当当外部中中断使用用)、高速速脉冲输输出及脉脉宽调制制输出；TxDD2是第二串串口数据据发送端端。P1.44/ADDC4/CCPP1/SSS：P1.4是标标准I/O口 POORT114 ；ADCC4是 ADDC 输输入通道道-4；CCPP1是外部部信号捕捕获(频率测测量或当当外部中中断使用用)、高速速脉冲输输出及脉脉宽调制制输出；SS是SPII同步串串行接口口的从机机选择信信号。P1.55/ADDC5/MOSSI：P1.5是标标准I/

57、O口 POORT115 ；ADCC5是 ADDC 输输入通道道-5；MOSSI是SPII同步串串行接口口的主出出从入(主器件件的输出出和从器器件的输输入) P1.66/ADDC6/MISSO：P1.6是标标准I/O口 POORT116 ；ADCC6是 ADDC 输输入通道道-6；MISSO是SPII同步串串行接口口的主入入从出(主器件件的输入入和从器器件的输输出) 。P1.77/ADDC7/SCLLK ：P1.7是标标准I/O口 POORT117 ；ADCC6是 ADDC 输输入通道道-7；SCLLK 是是SPII同步串串行接口口的时钟钟信号。P2.00 P2.7 ：P2口内内部有上上拉电阻阻

58、，既可可作为输输入/输出口口，也可可作为高高8位地址址总线使使用(A8 AA15)。当P22口作为为输入/输出口口时，PP2是一一个8位准双双向口。P3.00/RxxD ：P3.0 是是标准II/O口口 POORT330 ；RxDD是串口口1数据接接收端。P3.11/TxxD ：P3.1是标标准I/O口 POORT331；TxDD是串口口1数据发发送端。P3.22/INNT0： P33.2是是标准II/O口口 POORT332；INTT0 外外部中断断0,下降降沿中断断或低电电平中断断P3.33/INNT1 ：P3.3是标标准I/O口 POORT333；INTT1是外外部中断断1,下降降沿中断

59、断或低电电平中断断P3.44/T00/INNT/CCLKOOUT00：P3.4是标标准I/O口 POORT334；T0 定时器器/计数器器0的外部部输入；INTT是定时时器0下降沿沿中断；CLKKOUTT0是定定时器/计数器器0的时钟钟输出可可通过设设置WAAKE_CLKKO00位/T00CLKKO将该该管脚配配置为CCLKOOUT00。P3.55/T11/INNT/CCLKOOUT11 ：P3.5是标标准I/O口 POORT335；T1是定定时器/计数器器1的外部部输入；INTT是定时时器1下降沿沿中断；CLKKOUTT1是定定时器/计数器器1的时钟钟输出可可通过设设置WAAKE_CLKKO

60、11位/T11CLKKO将该该管脚配配置为CCLKOOUT11。P3.66/WRR ：P3.6是标标准I/O口 POORT336；R是外部部数据存存储器写写脉冲。P3.77/RDD ：P3.7是标标准I/O口 POORT337；RD是外外部数据据存储器器读脉冲冲。XTALL1：内内部时钟钟电路反反相放大大器输入入端，接接外部晶晶振的一一个引脚脚。当直直接使用用外部时时钟源时时，此引引脚是外外部时钟钟源的输输入端。XTALL2：内部部时钟电电路反相相放大器器的输出出端，接接外部晶晶振的另另一端。当直接接使用外外部时钟钟源时，此引脚脚可浮空空，此时时XTAAL2实实际将XXTALL1输入入的时钟钟

61、进行输输出。NA ：标准II/O口口ALE ：地址址锁存允允许EX_LLVD/RSTT2 ：EX_LVDD是外部部低压检检测中断断/比较器器；RSST2是是第二复复位功能能。RST：复位脚脚VCC：电源正正极Gnd 负极。接地振荡电路路上使用用12MM晶振和和两个333pff的电容容能够使使得单片片机工作作在并联联谐振状状态，也也可保证证温漂等等误差。复位电路路采用了了10uuf的电电解电容容使得能能够保证证单片机机上电复复位的功功能。也也由于电电容两端端的电压压不可突突变，故故而防止止单片机机被错误误复位。4.2 信号采集集、放大大电路信号采集集电路主主要由称称重传感感器获取取信号，即当人人

62、体站在在电阻式式压力传传感器时时，应变变电阻的的变化将将换为输输出电压压的变化化，将信信号输送送到下一一电路进进行处理理。由于于传感器器的满量量程输出出只有110mVV，信号号容易受受外界干干扰，应应对其采采取滤波波措施后后再进行行放大，不然其其他干扰扰信号会会被放大大继而影响响最终测测量结果果。信号放大大电路是是由放大大器ADD6200组成的的，ADD6200只需要要调整RRg来调调节放大大倍数即即可。AAD6220管脚脚图如图图7下所所示：图7ADD6200管脚图图IN+/IN-：信号号输入引引脚；RG：AAD6220外接接电阻，调节放放大倍数数；+Vs/-Vss：ADD6200正负电电源；REF：参考电电压；OUTPPUT：输出放放大信号号端；