智能體重儀方案書(shū)

1、智能體重儀設(shè)計(jì)方案書(shū)一背景電子體重秤是一種智能型體重測(cè)量?jī)x器，與傳統(tǒng)指針式體重計(jì)相比，具有測(cè)量精度高、可鎖定顯示、讀數(shù)方便等優(yōu)點(diǎn)。其主要應(yīng)用于體質(zhì)健康測(cè)試中人體體重?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量，面向體育、醫(yī)衛(wèi)、勞動(dòng)、學(xué)校等單位開(kāi)展全民健身活動(dòng)使用，是學(xué)生體質(zhì)健康測(cè)試必備儀器之一?，F(xiàn)在市場(chǎng)上大部分電子體重秤主要有以下幾種，一種是功能僅限于稱體重并且顯示體重讀數(shù)的電子體重秤，另一種不僅能測(cè)量體重還能測(cè)量身體的脂肪率、肌肉率、內(nèi)臟脂肪、基礎(chǔ)代謝、水分率、蛋白質(zhì)、骨量、BMI等身體數(shù)據(jù)。大部分后一種電子體重秤還能將測(cè)得的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)绞謾C(jī)中，然后利用APP進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并給出直觀的各項(xiàng)身體數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖。而經(jīng)過(guò)討論，我們

2、本次準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一個(gè)和后一種類似的可檢測(cè)身體健康狀況的智能體重儀，功能基本和市場(chǎng)上已有的電子體重秤類似。二總體目標(biāo)當(dāng)被測(cè)者站在智能體重儀上時(shí)，體重儀顯示屏顯示被測(cè)者的當(dāng)前體重和身高，同時(shí)體重儀還能精準(zhǔn)測(cè)量身體體質(zhì)數(shù)據(jù)，再將這些測(cè)得的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)绞謾C(jī)APP中，被測(cè)者在使用APP時(shí)先將年齡、性別、腰圍、胸圍、臀圍、腿圍等個(gè)人信息輸入進(jìn)去，APP結(jié)合這些數(shù)據(jù)分析被測(cè)者的健康狀況，并且顯示健康狀況趨勢(shì)分析圖表，并且給出被測(cè)者合理的健康管理建議。三功能、技術(shù)參數(shù)的制定與分析1.體重顯示功能當(dāng)被測(cè)者站在體重儀上，其重量傳遞到稱重傳感器上，傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由A/D轉(zhuǎn)

3、換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送到顯示器顯示出來(lái)。2. 身高顯示功能當(dāng)被測(cè)者頭頂上方頂著擋板站在體重儀上，體重儀上的測(cè)距傳感器能測(cè)出被測(cè)者相應(yīng)的身高，單片機(jī)再通過(guò)顯示屏將身高數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。3. 體質(zhì)測(cè)試功能 通過(guò)BIA生物電阻抗法分析被測(cè)者的體質(zhì)，可以測(cè)出人體相應(yīng)的阻抗，根據(jù)測(cè)出的阻抗可以算出脂肪率、肌肉率、內(nèi)臟脂肪、基礎(chǔ)代謝、水分率、蛋白質(zhì)、骨量、BMI等體質(zhì)數(shù)據(jù)。BIA 法以統(tǒng)計(jì)學(xué)為工具，通過(guò)研究人體相應(yīng)部位的不同頻率的阻抗值與一些人體成分參數(shù)的相關(guān)性，結(jié)合人體體重、年齡、性別等基本參數(shù)，建立相應(yīng)阻抗與相應(yīng)人體成分的經(jīng)驗(yàn)公式，并通過(guò)已知人體成分推算未知人體

4、成分。主要通過(guò)給電極施加安全電流作用在人體上，然后又通過(guò)電極檢測(cè)人體相應(yīng)部位的電壓，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算得到人體相應(yīng)阻抗值，然后傳給上位機(jī)完成人體成分計(jì)算。（全身體脂數(shù)據(jù)的測(cè)量準(zhǔn)確的條件應(yīng)當(dāng)是令實(shí)驗(yàn)電流盡可能的通過(guò)人體的最大路徑，因?yàn)殡娏髯叨滩蛔唛L(zhǎng)，所以測(cè)量體脂時(shí)，電極應(yīng)分別位于手和腳。） 具體的阻抗與人體成分之間的計(jì)算公式如下：身體水分總量TBWTBW=1.396+(0.597*身高（cm)*身高/阻抗（歐姆）+0.099*體重（kg)-0.009*年齡體脂肪BF多元線性逐步回歸和方差分析方法BF=0.846*體重（kg)-0.185*身高*身高（cm)/阻抗（歐姆）-2.361*性別（男1女

5、0）-24.977身高質(zhì)量指數(shù)BMI：體重/（身高*身高（米）理想體重：22*身高（米）*身高（米）或身高（cm)-105脂肪含量：（1.2*BMI)+（0.23*年齡）-（10.8*性別）-5.4數(shù)值范圍 4%-60%性別數(shù)值：男性為1，女性為04. 數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸功能體重儀獲取的體重等身體數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙或WIFI無(wú)線模塊傳送到手機(jī)APP中。5. 自動(dòng)開(kāi)機(jī)功能當(dāng)被測(cè)者站上體重儀時(shí)，體重儀檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)，立即觸發(fā)體重儀自動(dòng)開(kāi)機(jī)，并且進(jìn)入稱重模式。6. 自動(dòng)休眠校零功能當(dāng)被測(cè)者離開(kāi)體重儀時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)到體重為零時(shí)，體重儀自動(dòng)進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)，且對(duì)體重儀進(jìn)行自動(dòng)校零。7. 匹配手機(jī)APP數(shù)據(jù)分析功能體重儀

6、檢測(cè)到的身體各項(xiàng)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)绞謾C(jī)APP中之后，APP對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且與之前測(cè)得的身體數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出被測(cè)者的各項(xiàng)身體數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖表，并且對(duì)被測(cè)者給出合理的健康管理建議。8.量程/分度值量程：10-100kg 分度值：0.1kg四總體控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)當(dāng)被測(cè)者站在體重儀上時(shí)，其重量傳遞到稱重傳感器上，傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送到顯示器顯示出來(lái)；同時(shí)利用測(cè)距模塊測(cè)量被測(cè)者身高，并通過(guò)體重儀上的顯示屏顯示出來(lái)并將身高數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸至手機(jī)APP中；人體阻抗測(cè)量電路通過(guò)電極施加安全電流

7、作用在人體上，然后又通過(guò)電極檢測(cè)人體相應(yīng)部位的電壓，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算得到人體相應(yīng)阻抗值，然后無(wú)線傳輸給APP完成人體成分計(jì)算；所有體質(zhì)分析儀獲取的身高、體重、脂肪率、肌肉率等身體數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙或WIFI無(wú)線模塊傳送到手機(jī)APP中。控制系統(tǒng)總體框圖如下圖1所示。圖1 控制系統(tǒng)總體框圖五關(guān)鍵部件的選型設(shè)計(jì)根據(jù)上述控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，智能體重儀將主要由以下關(guān)鍵部件構(gòu)成，包括稱重模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊，測(cè)距模塊，無(wú)線通信模塊，顯示模塊，人體阻抗測(cè)量電路，主控制器及電源模塊。1. 稱重傳感器（1）選型比較 體重傳感器就是把非電量的人體體重轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件。稱重傳感器按照結(jié)構(gòu)型式不同位移傳感器和應(yīng)變傳感器。

8、綜合價(jià)格、性能、要求等條件，設(shè)計(jì)采用4片YZC-161B-50kg體重傳感器。YZC-161B使用簡(jiǎn)單方便，價(jià)格便宜而且性能穩(wěn)定，單片傳感器的測(cè)量量程為50kg，4片分力量程可以達(dá)到200kg，滿足設(shè)計(jì)要求。圖2 人體稱重傳感器 圖3 傳感器結(jié)構(gòu) 圖4 受力分析 兩端受到一對(duì)大小相等的剪切力，由對(duì)稱性可知，構(gòu)件以中心點(diǎn)為平衡點(diǎn)產(chǎn)生形變。應(yīng)變片會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，轉(zhuǎn)化成電阻變化。稱重傳感器的技術(shù)參數(shù)如下表：表1 稱重傳感器技術(shù)參數(shù)應(yīng)用 Application電子秤型號(hào) ModelYZC-160B量程 Capacity Kg50輸出靈敏度 Rated output mV/V輸入阻抗 Input re

9、sistance 輸出阻抗 Output resistance 推薦激勵(lì)電壓 Recommended excitation voltage V5V工作溫度范圍 Operation temperature range 傳感器材料 Load cell material合金鋼 Alloy steel接線方式 Method of connecting wire紅、黑、白 滿量程輸出電壓=激勵(lì)電壓*靈敏度，設(shè)計(jì)中激勵(lì)電壓為5V，傳感器的靈敏度為1.0mV/V,所以滿量程輸出電壓為：。 對(duì)于傳感器的連接方式，設(shè)計(jì)中采用4個(gè)傳感器，4個(gè)傳感器組成全橋測(cè)量，量程為4只傳感器的量程之和：。全橋測(cè)量電路如圖所示:

10、圖5 全橋測(cè)量電路及其接線圖2.A/D轉(zhuǎn)換模塊（1）選型比較HX711是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開(kāi)關(guān)可任意選取通道A或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為128或64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為±20mV或±40mV。通

11、道B則為固定的32增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無(wú)需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開(kāi)機(jī)的初始化過(guò)程。HX711模塊引腳圖如下圖所示：圖6 HX711模塊引腳圖表2 HX711模塊引腳含義HX711模塊的特點(diǎn)：兩路可選擇差分輸入片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為64 和128片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器無(wú)需任何外接器件，必要時(shí)也可使用外接晶振或時(shí)鐘上電自動(dòng)復(fù)位電路簡(jiǎn)單的數(shù)字控制和串口通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無(wú)需編程可選

12、擇10Hz 或80Hz 的輸出數(shù)據(jù)速率同步抑制50Hz 和60Hz 的電源干擾耗電量（含穩(wěn)壓電源電路）：典型工作電流：<1.7mA, 斷電電流：<1A工作電壓范圍：2.6 5.5V工作溫度范圍：-20 +85（2）功能實(shí)現(xiàn)A. 模擬輸入 通道A模擬差分輸入可直接與橋式傳感器的差分輸出相接。由于橋式傳感器輸出的信號(hào)較小，為了充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍，該通道的可編程增益較大，為128或64。這些增益所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓分別±20mV或±40mV。通道B為固定的32增益，所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓為±80mV。通道B應(yīng)用于包括電池在內(nèi)的系統(tǒng)參

13、數(shù)檢測(cè)。B. 供電電源 數(shù)字電源(DVDD)應(yīng)使用與MCU芯片相同的的數(shù)字供電電源。HX711芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電路可同時(shí)向A/D轉(zhuǎn)換器和外部傳感器提供模擬電源。穩(wěn)壓電源的供電電壓(VSUP)可與數(shù)字電源(DVDD)相同。穩(wěn)壓電源的輸出電壓值（VAVDD）由外部分壓電阻R1、R2 和芯片的輸出參考電壓VBG決定（圖1），VAVDD=VBG(R1+R2)/R2。應(yīng)選擇該輸出電壓比穩(wěn)壓電源的輸入電壓(VSUP)低至少100mV。如果不使用芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電路，管腳VSUP和管腳AVDD應(yīng)相連，并接到電壓為2.65.5V的低噪聲模擬電源。管腳VBG上不需要外接電容，管腳VFB應(yīng)接地，管腳BASE 為無(wú)連接。C

14、. 時(shí)鐘選擇 如果將管腳XI接地，HX711將自動(dòng)選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，并自動(dòng)關(guān)閉外部時(shí)鐘輸入和晶振的相關(guān)電路。這種情況下，典型輸出數(shù)據(jù)速率為10Hz或80Hz。如果需要準(zhǔn)確的輸出數(shù)據(jù)速率，可將外部輸入時(shí)鐘通過(guò)一個(gè)20pF的隔直電容連接到XI管腳上，或?qū)⒕д襁B接到XI和XO管腳上。這種情況下，芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器電路會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，晶振時(shí)鐘或外部輸入時(shí)鐘電路被采用。此時(shí)，若晶振頻率為11.0592MHz,輸出數(shù)據(jù)速率為準(zhǔn)確的10Hz或80Hz。輸出數(shù)據(jù)速率與晶振頻率以上述關(guān)系按比例增加或減少。使用外部輸入時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘信號(hào)不一定需要為方波?？蓪CU芯片的晶振輸出管腳上的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)20pF的隔

15、直電容連接到XI管腳上，作為外部時(shí)鐘輸入。外部時(shí)鐘輸入信號(hào)的幅值可低至150mV。D. 串口通訊串口通訊線由管腳PD_SCK和DOUT組成，用來(lái)輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。當(dāng)數(shù)據(jù)輸出管腳DOUT為高電平時(shí)，表明A/D轉(zhuǎn)換器還未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)串口時(shí)鐘輸入信號(hào)PD_SCK應(yīng)為低電平。當(dāng)DOUT從高電平變低電平后，PD_SCK應(yīng)輸入25至27個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖（圖二）。其中第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿將讀出輸出24位數(shù)據(jù)的最高位（MSB），直至第24個(gè)時(shí)鐘脈沖完成，24位輸出數(shù)據(jù)從最高位至最低位逐位輸出完成。第25至27個(gè)時(shí)鐘脈沖用來(lái)選擇下一次A/D轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益，參見(jiàn)表3。表3 輸入通道和增

16、益選擇 PD_SCK的輸入時(shí)鐘脈沖數(shù)不應(yīng)少于25或多于27，否則會(huì)造成串口通訊錯(cuò)誤。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入通道或增益改變時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器需要4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。DOUT在4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后才會(huì)從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。圖7 數(shù)據(jù)輸出時(shí)序E. 復(fù)位和斷電 當(dāng)芯片上電時(shí)，芯片內(nèi)的上電自動(dòng)復(fù)位電路會(huì)使芯片自動(dòng)復(fù)位。管腳PD_SCK輸入用來(lái)控制HX711的斷電。當(dāng)PD_SCK為低電平時(shí)，芯片處于正常工作狀態(tài)。圖8 斷電控制時(shí)序 如果PD_SCK從低電平變高電平并保持在高電平超過(guò)60s，HX711 即進(jìn)入斷電狀態(tài)（圖三）。如使用片內(nèi)穩(wěn)壓電源電路，斷電時(shí)，外部傳感器和片內(nèi)A/D 轉(zhuǎn)換器會(huì)被同時(shí)斷

17、電。當(dāng)PD_SCK 重新回到低電平時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)復(fù)位后進(jìn)入正常工作狀態(tài)。芯片從復(fù)位或斷電狀態(tài)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，通道A和增益128會(huì)被自動(dòng)選擇作為第一次A/D轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益。隨后的輸入通道和增益選擇由PD_SCK的脈沖數(shù)決定，參見(jiàn)串口通訊一節(jié)。芯片從復(fù)位或斷電狀態(tài)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，A/D 轉(zhuǎn)換器需要4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。DOUT在4個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期后才會(huì)從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。3.測(cè)距模塊（1） 選型比較目前成熟的測(cè)距傳感器主要有三種類型：超聲波測(cè)距傳感器、紅外線測(cè)距傳感器和激光測(cè)距傳感器，所以如表4比較了三種類型傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，便于我們選擇出自己需要的測(cè)距傳感器。表4 測(cè)距

18、傳感器優(yōu)缺點(diǎn)傳感器類型優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)超聲波測(cè)距傳感器方向性好、成本不高、可以在較差環(huán)境中使用測(cè)得的距離限度一般，精度一般，厘米級(jí)紅外線測(cè)距傳感器便宜、容易制造、安全精度低、距離近、方向性差、易受光線影響激光測(cè)距傳感器可測(cè)距離遠(yuǎn)，精度很高制造難度大、成本高根據(jù)上述對(duì)三種類型測(cè)距傳感器優(yōu)缺點(diǎn)的分析，再綜合考慮智能體重儀的低成本要求，并且由于測(cè)距傳感器要測(cè)的是人體的身高這段距離，且精度要求不能太低，所以選擇超聲波測(cè)距傳感器作為測(cè)距模塊。由于測(cè)距模塊需要測(cè)距的對(duì)象為人體的身高，所以測(cè)距最大值為2米5，而超聲波測(cè)距傳感器一般最多可測(cè)幾米，所以超聲波測(cè)距傳感器滿足測(cè)距限度要求。又因?yàn)橥ǔＨ藗儨y(cè)身高都是精確

19、到厘米即可，所以超聲波測(cè)距傳感器的厘米級(jí)精度完全符合該智能體重儀的要求。經(jīng)過(guò)比較市場(chǎng)上各類超聲波測(cè)距模塊，選擇HC-SR04超聲波測(cè)距模塊。HC-SR04超聲波測(cè)距模塊電氣參數(shù)工作電壓：DC5V工作電流：15mA工作頻率：40kHz最遠(yuǎn)射程：400cm最近射程：2cm輸入觸發(fā)信號(hào)：10us的TTL脈沖輸出回響信號(hào)：輸出TTL電平信號(hào)，與射程成比例規(guī)格尺寸：45*20*15mm智能體重儀需測(cè)的人體身高最大距離一般為2米5，所以HC-SR04模塊的最遠(yuǎn)射程完全能滿足所需的測(cè)量范圍。HC-SR04模塊的實(shí)物圖如下圖9所示：圖9 HC-SR04模塊實(shí)物圖由實(shí)物圖中可以看出，HC-SR04超聲波測(cè)距模塊

20、有四個(gè)引腳：Vcc：5V電源Trig：觸發(fā)信號(hào)輸入Echo：回響信號(hào)輸出GND：電源地（2）功能實(shí)現(xiàn)HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可高達(dá)3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。該模塊基本工作原理：1) 采用IO口Trig觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào)；2) 模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHZ的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；3) 有信號(hào)返回，通過(guò)IO口Echo輸出一個(gè)高電平，高電平的持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速（340m/s）/ 2。圖10 超聲波時(shí)序圖以上時(shí)序圖表明只需要提供一個(gè)10us以上的脈沖

21、觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40kHZ周期脈沖并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)。回響信號(hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。由此通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到回響信號(hào)的時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式：us / 58=厘米或是測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速（340m/s）/ 2。4.無(wú)線通信模塊（1） 選型比較現(xiàn)在比較成熟的無(wú)線通信技術(shù)主要有ZigBee、藍(lán)牙和WiFi。下面就這三種無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行比較，看哪種無(wú)線技術(shù)更適合應(yīng)用于智能體重儀的控制方案中。Zigbee的主要優(yōu)點(diǎn)有功耗低、成本低、掉線率低和組網(wǎng)能力強(qiáng)，缺點(diǎn)主要有傳播距離近，數(shù)據(jù)信息傳輸速率低和會(huì)有延時(shí)性。藍(lán)牙的主要優(yōu)點(diǎn)有功耗低且傳輸速率

22、快，建立連接的時(shí)間短，穩(wěn)定性好，安全度高，缺點(diǎn)主要有數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笮∈芟?，設(shè)備連接數(shù)量少，藍(lán)牙設(shè)備的單一連接性。WiFi的主要優(yōu)點(diǎn)有傳輸范圍廣，傳輸速度快，健康安全，普及應(yīng)用度高，缺點(diǎn)主要有功耗太大，體積太大。經(jīng)過(guò)這三種無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)比較，并結(jié)合制定的控制方案可以看出，由于智能體重儀的通信對(duì)象是手機(jī)，用手機(jī)來(lái)接收數(shù)據(jù)，而手機(jī)中沒(méi)有內(nèi)置的ZigBee接收模塊，所以只能在藍(lán)牙或WiFi中選擇。而又由于本項(xiàng)目中的智能體重儀采用電池供電的形式，所以最后選擇低功耗的藍(lán)牙模塊作為智能體重儀的無(wú)線通信模塊。經(jīng)過(guò)比較市場(chǎng)上各種藍(lán)牙模塊，最后選擇了ELET114A藍(lán)牙雙模模塊。該模塊參數(shù)如下：支持IOS和A

23、ndroid系統(tǒng)支持BT3.0+EDR 和BT4.0（BLE）DualMode，兩種模式可同時(shí)工作支持UART、SPI、I2C、I2S 等接口工作電壓：3.3V工作電流：小于20mA由于該智能體重儀需要通過(guò)藍(lán)牙模塊傳輸數(shù)據(jù)給手機(jī)，而現(xiàn)在的智能手機(jī)系統(tǒng)都是IOS或Android，而該模塊兩個(gè)系統(tǒng)都能支持，所以完全符合要求。ELET114A藍(lán)牙雙模模塊實(shí)物圖如下圖11所示：圖11 藍(lán)牙雙模模塊實(shí)物圖由實(shí)物圖可以看出，該模塊有34個(gè)引腳，具體引腳的定義圖如下圖12所示：圖12 藍(lán)牙模塊引腳圖由于一般選擇單片機(jī)上的串口與藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信，所以在這主要介紹和串口有關(guān)的幾個(gè)引腳，其余引腳暫時(shí)不討論。UAR

24、T_TX: UART數(shù)據(jù)發(fā)送輸出腳UART_RX: UART數(shù)據(jù)接收輸入腳UART_CTS: UART清發(fā)送輸入腳UART_RTS: UART請(qǐng)求發(fā)送輸入腳AIO1：BT_WAKEUP，數(shù)字輸入腳，MCU喚醒藍(lán)牙模塊 0：低電平 藍(lán)牙模塊進(jìn)入休眠省電模式 1：高電平 喚醒藍(lán)牙模塊AIO2：CMD/DATA_SWITCH，數(shù)字輸入腳，切換數(shù)據(jù)模式和命令模式 0：低電平 數(shù)字模式 1：高電平 命令模式AIO3：HOST_WAKEUP，數(shù)字輸出腳，藍(lán)牙模塊喚醒MCU 0：輸出低電平，表示串口沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送到MCU 1：輸出高電平，表示串口有數(shù)據(jù)發(fā)送到MCUVCC：外部電源3.3V輸入GND：電源地（2

25、）功能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)通過(guò)UART串口發(fā)送AT指令實(shí)現(xiàn)與藍(lán)牙模塊之間的通信，需要使用的AT指令主要有以下幾個(gè)：表5 藍(lán)牙模塊部分AT指令功能AT命令返回結(jié)果說(shuō)明設(shè)置本地SPP設(shè)備名AT+DNAME=”name”<CR><LF>OK<CR><LF>name為設(shè)備名查詢本地設(shè)備名AT+DNAME?<CR><LF>+DNAME:name<CR><LF>name為當(dāng)前設(shè)備名設(shè)置默認(rèn)配對(duì)碼AT+PIN=”1234”<CR><LF>OK<CR><LF>1234為默認(rèn)配對(duì)

26、碼查詢配對(duì)碼AT+PIN?<CR><LF>+PIN:<PIN code><CR><LF>設(shè)置波特率AT+URATE=115200<CR><LF>OK<CR><LF>波特率設(shè)置為115200查詢波特率AT+URATE?<CR><LF>+URATE:115200<CR><LF>5.顯示模塊（1）選型比較數(shù)據(jù)顯示是體質(zhì)儀的一項(xiàng)重要功能，是人機(jī)交換的重要組成部分，它可以將測(cè)量電路測(cè)得的體重和身高數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)微處理器處理后直觀的顯示出來(lái)。數(shù)據(jù)顯示部分可以

27、有以下兩種方案可供選擇：一是LED數(shù)碼管顯示，二是LCD液晶顯示。本方案選擇4位LED數(shù)碼管顯示模塊，理由如下：LED數(shù)碼管一般只適合數(shù)字顯示，本設(shè)計(jì)中由于體重和身高都是數(shù)字形式的數(shù)據(jù)，因此選擇LED數(shù)碼管合適；且身高、體重一般在3位數(shù)，考慮到后期設(shè)計(jì)的精度問(wèn)題，因此選擇4位；LED數(shù)碼管相對(duì)于LCD液晶顯示亮度高，成本低，程序、電路簡(jiǎn)單。LED數(shù)碼管模塊實(shí)物圖如下圖所示：圖13 數(shù)碼管實(shí)物圖4位LED數(shù)碼管相關(guān)參數(shù)如下：1.采用2片595驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，需要單片機(jī)3路IO口，根據(jù)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描原理進(jìn)行顯示；2.寬工作電壓3.3V到5V；3.PCB板尺寸：71mm*22mm4.數(shù)碼管型號(hào)：0.36

28、 4位共陽(yáng)（2）功能實(shí)現(xiàn) LED數(shù)碼管是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。圖14 這是一個(gè)7段兩位帶小數(shù)點(diǎn) 10引腳的LED數(shù)碼管，每一筆劃都是對(duì)應(yīng)一個(gè)字母表示 DP是小數(shù)點(diǎn)。圖14 數(shù)碼管段數(shù) 數(shù)碼管分為共陽(yáng)極的LED數(shù)碼管、共陰極的LED數(shù)碼管兩種。本方案選擇的是共陽(yáng)極的LED數(shù)碼管，共陽(yáng)就是7段的顯示字碼共用一個(gè)電源的正極。圖15 數(shù)碼管引腳示意圖 從上圖可以看出，要是數(shù)碼管顯示數(shù)字，有兩個(gè)條件：1、是要在VT端（3/8腳）加正電源；2、要使（a,b,c,d,e,f,g

29、,dp)端接低電平或“0”電平，這樣才能顯示。 共陽(yáng)極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖圖16：圖16 共陽(yáng)極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。本方案所選擇的數(shù)碼管采用的是動(dòng)態(tài)式。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，