基于STM32的智能兒童成長記錄儀的設計

[20]。然后，我們研究了兒童在HS入學時的學術和社會情緒技能是否與他們的學術成長軌跡相關。這項研究是由兩個關于早期護理和教育(ECE)項目有效性的競爭性理論指導的，即“技能產(chǎn)生技能假說”和“補償假說”使用三級增長曲線模型分析了2006年開端計劃家庭和兒童經(jīng)歷調查隊列(FACES2006)的樣本。接受性詞匯技能較低的兒童在接受性詞匯技能方面表現(xiàn)出較快的增長。這一結果支持了補償性假設，即高質量的兒童早教項目對弱勢兒童有更大的影響。對于數(shù)學和閱讀技能，沒有發(fā)現(xiàn)兒童的入門級技能和他們的增長率之間的聯(lián)系。HS入學時的社會情緒技能與同時基線學術技能或其隨時間的增長率正相關，部分支持技能-生育-技能假說，該假說認為兒童在干預前擁有的技能允許他們更好地獲得計劃的好處。1.3主要研究內容本課題研究的內容為??智能兒??童成長??記錄儀??的設計??。該套??系統(tǒng)主??要由按??鍵、攝??像頭、??超聲波??測距、??重力感??應模塊??、ST??M32??單片機??、SD??卡、L??CD1??602??等部分??組成；??采用S??TM3??2單片??機作為??主控芯??片LC??D16??02顯??示屏顯??示時間??、身高??、體重??，通過??按鍵可??以設置??當前時??間、年齡、拍照；系統(tǒng)根據(jù)兒童的身高判斷當前體重是偏胖、偏瘦、標準并顯示。系統(tǒng)可檢測兒童是否高低肩，若兒童有高低肩以及檢測到兒童當前測得身高比上次低，則判斷孩子有駝背可能，文字顯示提醒；系統(tǒng)可記錄兒童注射疫苗狀況，并可查看。第2章系統(tǒng)的總體結構2.1設計方案第一：理論知識準備階段，了解掌握設計課題，認真研究課題所涉及到的內容，能夠較好的掌握有關題目的知識；第二：確定系統(tǒng)各個模塊，對各個模塊關系進行整理，收集相關得到軟硬件資料；第三：對課題進行整體規(guī)劃，確定系統(tǒng)組成結構，確定大體系統(tǒng)框架并在結構框架的基礎上提出原理框圖；第四：利用軟件完成硬件電路部分設計并畫出各部分電路圖，將系統(tǒng)部件通過接口電路集合在一起，并畫出電路圖；第五：根據(jù)系統(tǒng)控制過程完成軟件設計部分，繪制出主流程圖；第六：進行模擬仿真，檢查系統(tǒng)是否能夠按照要求實現(xiàn)控制功能，根據(jù)功能進行論文整理。2.2功能需求分析2.2.1技術路線（1）硬件部分需要按鍵、攝像頭、超聲波測距、重力感應模塊、STM32單片機、SD卡、LCD1602。（2）軟件平臺程序用keil5；（3）畫原理圖用AD；（4）編程語言用C語言；2.2.2預期結果作品展示，完成一個智能兒童成長記錄儀的設計，并且該設計能實現(xiàn)的功能如下：該套系統(tǒng)主要由按鍵、攝像頭、超聲波測距、重力感應模塊、STM32單片機、SD卡、LCD1602等組成；采用STM32單片機作為主控芯片LCD1602顯示屏顯示時間、身高、體重，通過按鍵可以設置當前時間、年齡、拍照；系統(tǒng)根據(jù)兒童的身高判斷當前體重是偏胖、偏瘦、標準并顯示。系統(tǒng)可檢測兒童是否高低肩，若兒童有高低肩以及檢測到兒童當前測得身高比上次低，則判斷孩子有駝背可能，文字顯示提醒；系統(tǒng)可記錄兒童注射疫苗狀況，并可查看，根據(jù)身高相對應的正常體重，如果體重超過正常設定的體重，系統(tǒng)認為偏胖，少于正常體重，系統(tǒng)認為偏瘦。1.系統(tǒng)可設定當前系統(tǒng)時間；2.系統(tǒng)可實時顯示當前系統(tǒng)時間；3.系統(tǒng)可設置兒童當前年齡；4.系統(tǒng)可實時檢測兒童身高，并顯示，按鍵可記錄身高到SD卡中；5.系統(tǒng)可實時檢測兒童體重，并顯示，按鍵可記錄體重到SD卡中；6.系統(tǒng)根據(jù)兒童的身高，判斷當前體重是偏胖/偏瘦/標準，并顯示；7.系統(tǒng)可實時采集攝像頭的畫面，并顯示，按鍵可拍照定格當前時光到SD卡中；8.系統(tǒng)可查看兒童成長過程中的定格的時光、身高、體重。9.系統(tǒng)可檢測兒童是否高低肩，若兒童有高低肩，文字顯示提醒；10.若檢測到兒童當前測得身高比上次低，則判斷孩子有駝背可能，文字顯示提醒；11.系統(tǒng)可記錄兒童注射疫苗狀況，并可查看；結構框圖如圖2-1：圖2-1結構框圖保定理工學院本科畢業(yè)設計2.3單片機型號選擇主控制芯片選????擇??S??????T??M????3??????2??F1????????0????3ZET6????????，S??????T??M????3??????2??F1????????0????3ZET6??????是??由????意??????法??半導????????體????集團????????基于????S????????TM3????????2????系列????????AR????M????????

C??o??????r????t??e??????x??-????M??????內??核開????????發(fā)????的一????????款具????有????????64K????????B????的程????????序存????儲????????器的??3??????2????位??微??????控??制????器??????。??其工????????作????時需????????要2????V????????~3.????????6????V的????????電壓????和????????-4??0??????℃????~??8??????5??℃????環(huán)??????境??溫度????????。????

S????????TM????3????????2系列????????單????片機????????是一????款????????高性??能??????，????功??能??????強??大????的??????系??列單????????片????機。????????該系????列????????單片機????????常????被用????????于要????求????????低成??本??????、????高??性??????能??和????低??????功??耗的????????嵌????入式????????應用????程????????序，其????????在????功耗????????和集????成????????方面??也??????展????現(xiàn)??出??????良??好????的??????性??能。????????由????于其????????便捷????的????????工具和????????簡????單的????????結構????并????????且結??合??????了????強??大??????的??功????能??????性??，在????????業(yè)????界很????????受歡????迎????????。本實????????驗????采用????????的最??小系統(tǒng)如下圖。圖2-1單片機最小系統(tǒng)原理圖2.4超聲波測距傳感器選擇超聲波傳感器選型應考慮四個方面：1.被測物能運用超聲波傳感器進行檢測的最理想的物體應該是大型、平坦、高密度的物體，垂直放置面對著傳感器感應面。最難檢測的是那些面積非常小，或者是可以吸收聲波的材料制作的，比如泡沫塑料，或者是角面對著傳感器的。在Retrosonic模式下使用超聲波傳感器使得探測不規(guī)則物體也成為可能，在Retrosonic模式下，超聲波傳感器可以先探測一個平整的背景，如一面墻，當任何物體通過傳感器和墻之間的時候，就會阻礙聲波，傳感器感應到了中斷，便會意識到出現(xiàn)了物體。2.振動方面無論是傳感器本身還是周圍機械的振動，都會影響距離測量的精確度。這時可以考慮采取一些減震措施，例如：用橡膠的抗震設備給傳感器做一個底座，可以減少振動，用固定桿也可以消除或者最大程度的減少振動。3.衰減方面當周圍環(huán)境溫度緩慢變化的時候，有溫度補償?shù)某暡▊鞲衅骺梢宰龀稣{整，但是如果溫度變化過快，傳感器將無法做出調整。4.誤判方面聲波可能會被附近的一些物體反射，比如導軌或者固定夾具，為了確保檢測的可靠性，必須減少或者排除周圍物體對聲波反射的影響，為了避免對周圍物體的錯誤檢測，許多超聲波傳感器都有一個LED指示器來引到操作人員進行安裝，來確保這個傳感器被正確的裝好，減少出錯的風險。本模塊采用的為HC-SR04·超聲波傳感器模塊，可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm;模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。HC-SR04超聲波距離傳感器的核心是兩個超聲波傳感器。一個用作發(fā)射器，將電信號轉換為40KHz超聲波脈沖。接收器監(jiān)聽發(fā)射的脈沖。如果接收到它們，它將產(chǎn)生一個輸出脈沖，其寬度可用于確定脈沖傳播的距離。該傳感器體積小，易于在任何機器人項目中使用，并提供2厘米至400厘米（約1英寸至13英尺）之間出色的非接觸范圍檢測，精度為3mm。由于它的工作電壓為5伏，因此可以直接連接到Arduino或任何其他5V邏輯微控制器。2.5重量傳感器選擇本設計采用HX711重量傳感器，參數(shù)如下：表3-1重量傳感器參數(shù)型號參數(shù)HX711重量傳感器滿額度差分輸入范圍Y(inp)-y(irn)+0.5(AVDD/GAIN)V輸入共模電壓范圍AGND+0.6AVDD-0.6V使用片內振蕩器RATE=010使用片內振蕩器RATE=DVDD80；外部時鐘或晶振RATE=0fclk/1，105，920外部時鐘或晶振RATE=DYDDfclk/138，240Hz輸出數(shù)據(jù)編碼二進制補碼8000007FFFFF(HEX)RATE=0400輸出參考電壓(VBG)1.25V外部時鐘或晶振頻率111.059230M0Hz模擬電源電流(含穩(wěn)壓電路)1600電0.3AHX711壓力傳感器是一種高精度、高分辨率的模擬-數(shù)字轉換器，可用于測量壓力、重量等物理量。它采用24位Σ-ΔADC，具有內部低噪聲放大器和可編程增益放大器，可實現(xiàn)高精度的模擬信號轉換。HX711壓力傳感器廣泛應用于工業(yè)自動化、醫(yī)療設備、智能家居等領域。hx711對比AD7791HX711和AD7791都是用于重量測量的芯片，但是它們的工作原理和性能略有不同。HX711是一種高精度的模擬-數(shù)字轉換器，適用于低成本的電子秤和壓力傳感器等應用。而AD7791則是一種高精度的24位ΔΣ模數(shù)轉換器，適用于需要更高精度的重量測量和傳感器應用。hx711對比MCP3421HX711和MCP3421都是用于重量測量的芯片，但它們的工作原理和性能略有不同。HX711是一種高精度、低成本的模擬-數(shù)字轉換器，適用于小型電子秤和壓力傳感器等應用。而MCP3421是一種高精度、低功耗的24位模擬-數(shù)字轉換器，適用于需要更高精度的應用，如醫(yī)療設備和科學儀器等。第3章系統(tǒng)的硬件部分設計3.1系統(tǒng)總體設計本課題研究的??內容為??智能兒??童成長??記錄儀??的設計??。該套??系統(tǒng)主??要由按??鍵、攝??像頭、??超聲波??測距、??重力感??應模塊??、ST??M32??單片機??、SD??卡、L??CD1??602??等部分??組成；??采用S??TM3??2單片??機作為??主控芯??片LC??D16??02顯??示屏顯??示時間??、身高??、體重??，通過??按鍵可??以設置??當前時??間、年??齡、拍??照；系??統(tǒng)根據(jù)??兒童的??身高判??斷當前??體重是??偏胖、??偏瘦、??標準并??顯示。系統(tǒng)可檢測兒童是否高低肩，若兒童有高低肩以及檢測到兒童當前測得身高比上次低，則判斷孩子有駝背可能，文字顯示提醒；系統(tǒng)可記錄兒童注射疫苗狀況，通過按鍵模塊來模擬注射疫苗，疫苗分為疫苗1和疫苗2，通過顯示模塊來查看疫苗注射的具體時間以及疫苗種類。圖3-1系統(tǒng)總體原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設計3.2.12.4寸LCD顯示屏模塊設計液晶顯示屏LC??D，用??于數(shù)字??型鐘表??和許多??便攜式??計算機??的一種??顯示器??類型。??LCD??顯示??使用了??兩片極??化材料??，在它??們之間??是液體??水晶溶??液。電??流通過??該液體??時會使??水晶重??新排列??，以使??光線無??法透過??它們。??因此，??每個水??晶就像??百葉窗??，既能??允許光??線??穿過??又能擋??住光線??。在便??于攜帶??與搬運??為前題??下，傳??統(tǒng)的顯??示方式??如??映像??管顯示??器及板??等??等，皆??受制于??體積過??大或耗??電量甚??巨等因??素，無??法達成??使用者??的實際??需求。??而液晶??顯示技??術的發(fā)展正好切合信息產(chǎn)品的潮流，有著直角顯示、低耗電量、體積小、還是零輻射等優(yōu)點，都能讓使用者享受最佳的視覺環(huán)境。圖3-22.4寸LCD顯示屏原理圖3.2.2重量傳感器模塊設計重量傳??感器??實際上??是一種??將質量??信號轉??變?yōu)榭??測量的??信號??輸出的??裝置。??用傳感??器首先??要考慮??傳感器??所處的??實際工??作環(huán)境??，這點??對正確??選用重??量傳感??器至關??重要，??它關系??到傳感??器能否??正常工??作以及??它的安??全和使??用壽命??，乃至??整個衡??器的可??靠性和??安全性??。在重??量傳感??器主要??技術指??標的基??本概念??和評價??方法上??，新舊??國標有????質的差??異。（??下簡稱??儀表）??、感器??（下簡??稱傳感??器）、??連接件??、限位??裝置及??接線盒??等零部??件組成??，還可??以選配??打印大??屏幕顯??示器、??計算機??和穩(wěn)壓??電源等??外部設??備。被??稱重物??或載重??汽車置??于承載??器臺面??上，在??重力作??用下，??通過承??載器將??重力傳??遞至稱??重傳感??器，使??稱重傳??感器彈??性體產(chǎn)??生變形??，貼附??于彈性??體上的??應變計????橋路失????去平衡??，輸出??與重量??數(shù)值成??正比例??的電信??號，經(jīng)??線性放??大器將??信號放??大。再??經(jīng)A/??D轉換??為數(shù)字??信號，??由儀表??的微處??理機（??CPU??）對重??量信號??進行處??理后直??接顯示??重量數(shù)??據(jù)。配??置打印??機后，??即可打??印記錄??稱重數(shù)??據(jù)，如??果配置??計算機??可將計??量數(shù)據(jù)??輸入計??算機管??理系統(tǒng)??進行綜??合管理??。在稱??重??的彈??性體上??粘貼有??應變計??，組成??橋。??在無負??荷時，??電橋處??于平衡??狀態(tài)，??輸出為??零。當??彈性體??承受載??荷時，??各應變??計隨之??產(chǎn)生與??載荷成??比例的??應變，??由輸出??電壓即??可測出??外載重??量，通??過儀表??的通訊??接口可以與上位機連接。傳感器的信號電??纜，不??和強電??電源線??或控制??線并行??布置（??例如不??要把傳??感器信??號線和??強電電??源線及??控制線??置于同??一管道??內）。??若它們??必須并??行放置??，那么??，它們??之間的??距離應??保持在????5??0C????M以??上，并??把信號??線用金??屬管套??起來。??不管在??何種情??況下，??電源線??和控制??線均應??絞合起??來，合??程度5??0轉/??米，若??傳感器??信號線??需要延??長，則??應采用??特制的??密封電??纜接線??盒。若??不用此??種接線??盒，而??采用電??纜與電??纜直接??對接（??錫焊端??頭），??則應對??密封防??潮特別??予以注??意，接??好后應??檢驗絕??緣電阻??，且需??達到標??準（2??000??～50??00M??），必??要時，??應重新??標定傳??感器。??若信號??電纜線??很長，??又要保??證很高??的測量??精度，??應考慮??采用帶??有中繼??放大器??的電纜??補償電??路。所??有通向??顯示電??路或從??電路引??出的導??線，均??應采用??屏蔽電??纜。屏??蔽線的??聯(lián)接及??接地點??應合理??。若未??通過機??械框架??接地，??則在外??接地，??但屏蔽??線互相??聯(lián)接后??未接地??，是浮??空的。??注意：??有3只??傳感器??是全并??聯(lián)接法??，傳感??器本身??是4線??制，但??在接線??盒內換??成6線??制接法??。傳感??器輸出??信號讀??出電路??不應和??能產(chǎn)生??強烈干??擾的設??備（如??可”控??硅，接??觸器等??）及有??可觀熱??量產(chǎn)生??的設備??放在同??一箱體??中，若??不能保??證這一??點，則??應考慮??在它們??之間設??置障板??隔離之??，并在??箱體內??安置風??扇。用??以測量??重量傳??感器輸??出信號??的電子??線路，??應盡可??能配置??獨立的??供電變??壓器，??而不要??和接觸??器等設??備共用??同一主??電源。??重量傳??感器要??輕拿輕??放，尤??其是由??合金鋁??制作彈??性體的??小容量??傳感器??，任何??沖擊、??跌落，??對其計??量性能??均可能??造成極??大損害??。對于??大容量??的電阻??應變式??重量傳??感器，??一般來??說，它??具有較??大的自??重，故??而要求??在搬運??、安裝??時，盡??可能使??用適當??的起吊??設備（??如手拉??葫蘆、??\t"/item/%E9%87%8D%E9%87%8F%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"電??動葫蘆??等）??。安裝??傳感器??的底座??安裝面??應平整??、清潔??，無任??何油膜??，膠膜??等存在??。安裝??底座本??身應有??足夠的??強度和??剛性，??一般要??求高于??傳感器??本身的??強度和??剛度。??水平調??整：水??平調整??有兩個??方面的??內容。??一是單??只傳感??器安裝??底座的??安裝平??面要用??水平儀??調整水??平，另??一方面??是指多??個傳感??器的安??裝底座??的安裝??面要盡??量調整??到一個??水平??面上（??用水準??儀），??尤其是??傳感器??數(shù)多于??三個的??稱重系??統(tǒng)中，??更應注??意這一??點，這??樣做的??主要目??的是為??了使各??傳感器??所承受??的負荷??基本一??致。每??種重量??傳感器??的加載??方向都??是確定??的，而??我們使??用時，??一定要??在此方??向上加??載負荷??。橫向??力、附??加的彎??矩、扭??矩力應??盡量避??免。盡??量采用??有自動??定位（??復位）??作用的??結構配??件，如??球形軸??承、軸??承??、定位??緊固器??等。他??們可以??防止某??些橫向??力作用??在傳感??器上。??要說明??的是：??有些橫??向力并??不是??機械安??裝引起??的，如??熱膨脹??引起的??橫向力??，風力??引起的??橫向力??，及某??些容器??類衡器??上的攪??拌器的??振動引??起的橫??向力即??不是機??械安裝??引起的??。某些??衡器上??有些必??須接到??秤體上??的附件????（如容??器秤的??輸料管??道等）??，我們??應讓他??們在傳??感器加??載主軸??的方向??上盡量??柔軟一??些，以??防止他??們“吃??掉”傳??感器的??真實負??荷合而??引起誤??差。重??量傳感??器周圍??應盡量??設置一??些“擋??板”，??甚至用??薄金屬??板把傳??感器罩??起來。??這樣可??防止雜??物玷污??傳感器??及某些??可動部??分，而??這種“??沾污”??往往會??使可動??部分運??動不爽??，而影??響稱量??精度。??系統(tǒng)有??無運動??不爽現(xiàn)??象，可??以用以??下方法??判別。??即在秤??臺上加??或減大??約千分??之一額??定負荷??看看稱??重顯示??儀是否??有反映??，有反??映，說??明可動??部分未??受“沾??污”。??重量傳??感器雖??然有一??定的過??載能力??，但在??稱重系??統(tǒng)安裝??過程中??，仍應??防止傳??感器的??超載。??要注意??的是，??即使是??短時間??的超載??，也可??能會造??成傳感??器永久??損壞。??在安裝??過程中??，若確??有必要??，可先??用一個??傳感器??等高度??的墊塊??代替?zhèn)??感器，??到最后??，再把??傳感器??換上。??在正常??工作時??，傳感??器一般??均應設??置過載??保護的??機械結??構件。??若用螺??桿固定??傳感器??，要求??有一定??的緊固??力矩，??而且螺??桿應有??一定的??旋入螺??紋深度??。一般??而言，??固定螺??桿因采??用高強??度螺桿??。傳感??器應采??用鉸合??銅線（??截面積??約50??mm2??）形成??電氣旁??路，以??保護它??們免受??電焊電??流或雷??擊造成??的危害??。重量??傳感器??的使用??中，必??須避免??強烈的??熱輻射??，尤其??是單側的強烈熱輻射。圖3-3重量傳感器軟件設計3.2.3TF內存卡模塊設計MicroSDCard，原名Tr??ans??-fl??ash??Ca??rd（??TF卡??），2??004??年正式??更名為??Mic??ro??SD??Car??d，由??S??anD??isk??（閃??迪??）公??司發(fā)明??，主要??用于移??動電話??。在M??icr??oS??D面市??之前，??手??機制造??商都??采用嵌??入式體??，??雖然這??類模組??容易裝??設，然??而有著??無法應??實際應??潮流需??求的困??擾——??容量被??限制住??了，無??法再有??升級空??間。M??icr??oS??D仿效??S??IM卡??的應??用模式??，即是??同一張??卡可以??應用在??不同型??號的電??話??內。??Mic??ro??SD卡??足以堪??稱可移??動式的??儲存I??C。M??icr??o卡??是??一種極??細小的??快閃存??儲器卡??，其格??式源自??San??Dis??k創(chuàng)造??，原本??這種記????憶卡稱??為T-??h，??及后改??稱為T??ran??sF??las??h；而??重新命??名為M??icr??oS??D的原??因是??因??為被S??D協(xié)會??(SD??A)采??立。另??一些被??SDA??采立的??記憶卡??包括M??ini??SD????和SD????卡。其??主要應??用于移??動電話??，但因??它的體??積微小??和儲存??容量的??不斷提??高，已??經(jīng)使用??于設備??、便攜??式放器??和一些????盤中。它的體積為15mmx11mmx1mm，是現(xiàn)時最細小的??。它也能通過SD轉接卡來接駁于SD卡插槽中使用?，F(xiàn)時MicroSD卡提供128MB、256MB、512MB、1G、2G、4G、8G、16G、32G、64G、128G的容量。圖3-4TF內存卡模塊原理圖3.2.4攝像頭模塊設計攝像頭（CAMERA或WEBCAM）又稱為電腦相機、腦眼、電子眼等，是一種視頻設備，被廣泛的運用于視頻會議、醫(yī)療及等方面。攝像頭的工作原理大致為：景物通過鏡頭（LENS）生成的投射到感器表面上，然后轉為號，經(jīng)過AD轉換后變?yōu)橄裥盘?，再送到?shù)字（DSP）中加工處理，再通過口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過顯示器就可以觀看圖像。GC0328具有640Vx480H分辨率，1/6.5英寸光學格式，以及4晶體管像素結構，用于高圖像質量和低噪聲變化。它通過強大的10位模數(shù)轉換器芯片上的設計和嵌入式圖像信號處理器提供優(yōu)越的圖像質量.高性能和低功耗功能的全面集成使得GC0328更加適合設計。圖3-5攝像頭模塊原理圖3.2.5超聲波傳感器模塊設計超聲波可以穿過各種介質(氣體、液體、固體)來檢測聲阻抗不匹配的物體聲速是聲波在彈性介質中傳播時每單位時間的距離。空氣中的超聲波衰減隨著頻率和濕度的增加而增加。因此，由于過度的路徑損耗/吸收，空氣耦合超聲波通常被限制在500kHz以下的頻率。超聲波避障原理:超聲波其實就是聲波的一種，因為頻率高于20kHz，所以人耳聽不見，并且指向性更強。超聲波測距的原理相比計較紅外線來說更加簡單，因為聲波遇到障礙物會反射，因為聲波的速度已知，所以只需知道從開始發(fā)射到接收到的時間差，就能輕松計算出測量距離再結合發(fā)射器和接收器的距離，就能算出障礙物的實際距離。由于需要主動發(fā)射聲波，精度也會隨著聲波的衰減而降低，此外，對于海綿等吸收聲波的物體或者在大風干擾的情況下，超聲波將無法工作。其工作原理為:采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給最少10us的高電平信呈;模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回;有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。圖3-6超聲波傳感器模塊原理圖第4章系??統(tǒng)的軟件設計4.1軟件的主要流程首先接通電源后，單片機進行系統(tǒng)初始化，初始化完成后進入到設定的程序運行，傳感器開始采集數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)傳入到我們的單片機中進行數(shù)據(jù)的處理，處理完的數(shù)據(jù)會通過顯示屏顯示出來，通過兩個超聲波傳感器檢測是夠有駝背情況和身高狀況，通過重量傳感器來檢測孩子體重狀況，同時也會在SD卡中進行一個保存，可以記錄成長的數(shù)據(jù)。通過按鍵模塊來實現(xiàn)模式切換和注射疫苗功能，在注射疫苗情況先按下按鍵，實現(xiàn)注射疫苗的功能，再按下其他按鍵來記錄疫苗注射的情況。圖4-1主系統(tǒng)流程圖4.2顯示屏軟件設計首先接通電源后，單片機進行系統(tǒng)初始化，初始化完成后進入到設定的程序運行，通過傳感器攝像頭采集的數(shù)據(jù)傳入到我們的單片機中進行數(shù)據(jù)的處理，處理完會通過顯示屏顯示出來。圖4-2顯示屏軟件設計4.3重量傳感器軟件設計首先接通電源，單片機進行系統(tǒng)初始化，初始化完成后進入到設定的程序運行，傳感器攝像頭開始采集數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)傳入到片機中進行數(shù)據(jù)的處理。圖4-3重量傳感器軟件設計4.4TF卡軟件設計將采集處理好的數(shù)據(jù)通過顯示屏顯示出來，同時也會在SD卡中進行一個保存。圖4-4TF卡軟件設計第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實物圖圖5-1系統(tǒng)實物圖5.2測試原理圖圖5-2測試原理圖首先接通電源后，單片機進行系統(tǒng)初始化，初始化完成后進入到設定的程序運行，傳感器開始采集數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)傳入到我們的單片機中進行數(shù)據(jù)的處理，處理完的數(shù)據(jù)會通過顯示屏顯示出來，通過測試傳感器，可以從顯示屏上看到重量、身高等數(shù)據(jù)。 第6章總結與展望6.1總結通過這次設計，可以實現(xiàn)對于兒童成長過程的監(jiān)測，以方便家長更好了解孩子的成長情況。在孩子的成長的不同階段下，可以由家長去記錄孩子的身高，體重，以及可以對孩子進行拍照記錄，根據(jù)當時記錄的身高和上次記錄的身高比較可以判斷孩子是否存在駝背的問題，通過兩個超聲波測距的差距判斷高低肩的情況。根據(jù)前面記錄身高、體重判斷偏瘦還是偏胖。在整體設計過程中也存在著問題，在老師的幫助下，及時做出了修正。在整個設計過程中學到了許多的知識。6.2展望現(xiàn)在對于兒童的關注度逐漸增大，兒童成長記錄儀也將會有助于提高人民群眾的生活質量。本設計實現(xiàn)了對兒童基本信息的記錄，在未來可以增加記錄內容的全面性，不僅是只限于是對簡單信息的記錄。未來前景可以將產(chǎn)品連入物聯(lián)網(wǎng)平臺，進行云端的控制和監(jiān)測。未來也可以運用到更多領域，可以讓全社會共同關注到兒童的成長情況。參考文獻李杰,王婷,邢笑笑.基于單視幾何的身高測量算法的設計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術,2022,18(24):80-81+84.一種用于身高測量的毫米波雷達傳感器[J].傳感器世界,2021,27(07):45.周佐霖,袁家寶,潘學文,楊振南.基于STM32的智能兒童成長記錄儀的設計[J].大眾科技,2021,23(04):9-12+28.潘亞良.安全可信的兒童成長發(fā)育評測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].杭州電子科技大學,2021.楊瑞.智慧幼兒成長記錄系統(tǒng)構建研究[J].軟件導刊,2020,19(09):155-158.王李凱.基于Android的兒童成長發(fā)育管理系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)[D].杭州電子科技大學,2018.陳萬達.基于iOS的人體成長參數(shù)管理系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)[D].杭州電子科技大學,2018.葛楊婷.傳之以形曉之以理動之以情——運用成長記錄儀“奏響”動態(tài)信息家園共育之歌[J].中國科教創(chuàng)新導刊,2013(27):115.胡興才.數(shù)碼相機成長記錄儀PC機端軟件的設計與實現(xiàn)[J].計算機與現(xiàn)代化,2012(05):201-203+206.王曉晨,高鴿,李玉順,黃榮懷.移動計算技術在兒童成長家庭記錄方面的應用前景研究[J].現(xiàn)代教育技術,2008(12):67-70.謝曉玲,梁寧.基于SSH的兒童成長管理系統(tǒng)設計[J].計算機技術與發(fā)展,2021,31(04):187-191.張園園.兒童成長檔案的記錄與管理問題探討[J].檔案管理,2021(02):59-60.陳婷.幼兒園隨班就讀兒童成長檔案袋評價研究[D].云南師范大學,2020.張明芳.基于用戶體驗的兒童成長記錄產(chǎn)品設計研究[D].沈陽航空航天大學,2019.賀雅君.兒童成長檔案建檔管理的實踐思考[J].檔案管理理論與實踐-浙江省基層檔案工作者論文集,2016(00):175-178.王祉默.基于iOS的兒童成長系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].北京林業(yè)大學,2016.KempsShirley,SoleymanMostafa,HulsHarmen,LabotsMariette,CrulMirjam.Frequencyofmeasuringbodyweightin(sub)populationsofpatientswithcancertreatedwithchemotherapy.[J].Europeanjournalofhospitalpharmacy:scienceandpractice,2022.LeslieWD,SchousboeJT,MorinSN,MartineauP,LixLM,JohanssonH,McCloskeyEV,HarveyNC,KanisJA.MeasuredheightlosspredictsincidentclinicalfracturesindependentlyfromFRAX:aregistry-basedcohortstudy.[J].Osteoporosisinternational:ajournalestablishedasresultofcooperationbetweentheEuropeanFoundationforOsteoporosisandtheNationalOsteoporosisFoundationoftheUSA,2020,31(6).Desani?AChauham,Modi?NisargY.Astudyofstatureestimationfromfacialanthropometricmeasurementsinadultofbhavnagarregion,Gujarat[J].JournalofForensicMedicineandToxicology,2019,36(1).JiYoungChoi,JamesElicker,SharonL.Christ,JenniferDobbs-Oates.Predictinggrowthtrajectoriesinearlyacademiclearning:EvidencefromgrowthcurvemodelingwithHeadStartchildren[J].EarlyChildhoodResearchQuarterly,2016,36.FakharzadehLeila,JavaherizadehHazhir,SabetiFahimeh,CheraghianBahman.AregrowthcurvesforIranianschool-agedchildrendifferentfromtheNCHSstandards?[J].TheJournaloftheEgyptianPublicHealthAssociation,2011,86(5-6).注釋電路圖源代碼classHC_SR04:def__init__(self,uart):self.uart=uartdefInit(self):self.uart.init(9600,timeout=1000,read_buf_len=10240)#重新設置串口波特率defRece_Data_Handle(self):distance_f_cm_err=0.0distance_f_cm_min=3.0distance_f_cm_max=55.0temp=[0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0]distance_f_cm_temp=distance_f_cm_errself.uart.write(b'\xA0')forrece_delay_countinrange(len(temp)):distance_f_cm_temp=0.0rece_data=self.uart.read()ifnotrece_dataisNone:#if(notrece_data[0]isNone)and(notrece_data[1]isNone)and(notrece_data[2]isNone):iflen(rece_data)==3:print('[0]:',rece_data[0])print('[1]:',rece_data[1])print('[2]:',rece_data[2])distance_f_cm_temp=(rece_data[0]*255*255+rece_data[1]*255+rece_data[2])/10000if0<distance_f_cm_temp<distance_f_cm_min:distance_f_cm_temp=distance_f_cm_minelifdistance_f_cm_temp>distance_f_cm_max:distance_f_cm_temp=distance_f_cm_maxelse:passtemp[rece_delay_count]=distance_f_cm_tempforcount_temp_1inrange(len(temp)):ifdistance_f_cm_errintemp:temp.remove(distance_f_cm_err)iflen(temp)==0:returndistance_f_cm_erreliflen(temp)==1:returntemp[0]else:forcount_temp_2inrange(len(temp)):ifdistance_f_cm_minintemp:temp.remove(distance_f_cm_min)iflen(temp)==0:returndistance_f_cm_mineliflen(temp)==1:returntemp[0]else:forcount_temp_3inrange(len(temp)):ifdistance_f_cm_maxintemp:temp.remove(distance_f_cm_max)iflen(temp)==0:returndistance_f_cm_maxeliflen(temp)==1:returntemp[0]eliflen(temp)==2:returnsum(temp)/2else:return(sum(temp)-max(temp)-min(temp))/(len(temp)-2)importKPUaskpuimportsensorimportlcdfromMaiximportGPIOfromfpioa_managerimportfmimporttimeimportgcfrommicropythonimportconst#導入constfromboardimportboard_infofrommachineimportUARTfrommachineimportTimer,PWM#Servoimportmath#導入數(shù)學importimage#拍照importHC_SR04_DriveimportWeight_HX711_Driveimportuos#導入文件系統(tǒng)#########################################全局參數(shù)################################################SYS_Status='END'#系統(tǒng)狀態(tài)可設置Year_Type=0#0是平年1是閏年Moths_30=[4,6,9,11]Moths_31=[1,3,5,7,8,10,12]Sys_Time={'YY':2000,'MM':1,'DD':1,'H':00,'M':00,'S':00}#系統(tǒng)時間：年、月、日、時、分、秒可設置Age=1#年齡：1-18Distance_cm_fixed_position=150#固定位置THR_HL=3#高低肩THR_BMI={'L':18,'H':24}#測量Cur_Hight=0.0#mLast_Hight=0.0#mHeight_State=0#身高狀態(tài)--0正常，1駝背HL_CM=0.0#cmHL_State=0#高低肩狀態(tài)--0正常，1高低肩Cur_Weight=0.0#kgLast_Weight=0.0#kgWeight_State=0#體重狀態(tài)--0正常，1偏瘦，2偏胖BMI=0.0##實時轉換Trans_Hight_tmp=0.0#m臨時的身高Trans_HL_tmp=0.0#m臨時的高低肩Trans_Wight_tmp=0.0#m臨時的重量BMI_tmp=0.0#臨時的BMI###文件操作Picture_Max_Num_In_SD=100000#照片讀取File_Picture_Read_Index=0#當前讀取索引（已保存的照片最大索引）#讀取最大索引#獲取所有圖片文件名try:Picture_List_With_Suffix=uos.listdir("/sd/SYSTEM_RUN/PICTURE")except:Picture_List_With_Suffix=[]print('Picture_List_With_Suffix',Picture_List_With_Suffix)iflen(Picture_List_With_Suffix)==0:Picture_List_No_Suffix=[]#無后綴Picture_List_No_Suffix_Init=[]#無后綴轉intFile_Picture_Read_Index=0#獲取讀取索引else:Picture_List_No_Suffix=[file_name_with_suffix.split(".")[0]forfile_name_with_suffixinPicture_List_With_Suffix]#獲取無后綴Picture_List_No_Suffix_Init=[int(file_name_no_suffix)forfile_name_no_suffixinPicture_List_No_Suffix]#獲取無后綴轉intFile_Picture_Read_Index=max(Picture_List_No_Suffix_Init)#獲取讀取索引print('Picture_List_No_Suffix:',Picture_List_No_Suffix)print('Picture_List_No_Suffix_Init:',Picture_List_No_Suffix_Init)#照片存取File_Picture_Save_Index=1#當前存取索引#隨后從文件讀取后+1File_Picture_Save_Index=File_Picture_Read_Index+1#隨后從文件讀取后+1#讀txt文件#FILE_01_VACCINE.txtVACCINE_Line_Sum=0#讀SD，獲取出總行數(shù)try:VACCINE_Line_Sum=0withopen("/sd/SYSTEM_RUN/FILE_01_VACCINE.txt","r")asfile_01:forlineinfile_01:VACCINE_Line_Sum=VACCINE_Line_Sum+1except:VACCINE_Line_Sum=0VACCINE_Line_Read_Index=VACCINE_Line_SumVACCINE_Line_Read_Content=''VACCINE_Line_Len_Char=0#每一行--字符個數(shù)#FILE_02_HIGHT.txtHIGHT_Line_Sum=0#讀SD，獲取出總行數(shù)try:HIGHT_Line_Sum=0withopen("/sd/SYSTEM_RUN/FILE_02_HIGHT.txt","r")asfile_02:forlineinfile_02:HIGHT_Line_Sum=HIGHT_Line_Sum+1except:HIGHT_Line_Sum=0HIGHT_Line_Read_Index=HIGHT_Line_SumHIGHT_Line_Read_Content=''HIGHT_Line_Len_Char=0#每一行--字符個數(shù)#FILE_03_WEIGHT.txtWEIGHT_Line_Sum=0#讀SD，獲取出總行數(shù)try:WEIGHT_Line_Sum=0withopen("/sd/SYSTEM_RUN/FILE_03_WEIGHT.txt","r")asfile_03:forlineinfile_03:WEIGHT_Line_Sum=WEIGHT_Line_Sum+1except:WEIGHT_Line_Sum=0WEIGHT_Line_Read_Index=WEIGHT_Line_SumWEIGHT_Line_Read_Content=''WEIGHT_Line_Len_Char=0#每一行--字符個數(shù)#########################################HC_SR041################################################fm.register(board_info.PIN_DIS_RXD_MCU_TX_1,fm.fpioa.UART1_TX,force=True)fm.register(board_info.PIN_DIS_TXD_MCU_RX_1,fm.fpioa.UART1_RX,force=True)uart_1=UART(UART.UART1,9600,read_buf_len=10240)HC_SR04_1=HC_SR04_Drive.HC_SR04(uart_1)HC_SR04_1.Init()Distance_1_f_cm=0.0#Distance_1_f_cm_THR=30.0#閾值#Distance_1_f_cm=HC_SR04_1.Rece_Data_Handle()#############################################################################################################################################HC_SR042################################################fm.register(board_info.PIN_DIS_RXD_MCU_TX_2,fm.fpioa.UART2_TX,force=True)fm.register(board_info.PIN_DIS_TXD_MCU_RX_2,fm.fpioa.UART2_RX,force=True)uart_2=UART(UART.UART2,9600,read_buf_len=10240)HC_SR04_2=HC_SR04_Drive.HC_SR04(uart_2)HC_SR04_2.Init()Distance_2_f_cm=0.0#Distance_2_f_cm_THR=30.0#閾值#Distance_2_f_cm=HC_SR04_2.Rece_Data_Handle()##############################################################################################################################################WEIGHT##################################################fm.register(board_info.PIN_W_SCK,fm.fpioa.GPIO1)#注冊IO-W_SCKW_SCK=GPIO(GPIO.GPIO1,GPIO.OUT)fm.register(board_info.PIN_W_DAT,fm.fpioa.GPIO2)#注冊IO-W_DATW_DAT=GPIO(GPIO.GPIO2,GPIO.IN)Weight=Weight_HX711_Drive.Weight_HX711(W_SCK,W_DAT)#構建對象Weight.Init()#初始化Weight_Value=0#Weight_Value=Weight.Read_Weight_g()#Set_THR_Choose=0;#閾值設置：選擇#THRL_WEIGHT=200#重量閾值下限#THRH_WEIGHT=400#重量閾值上限#Weight_Value=0#Weight_State="0"##############################################################################################################################################KEY######################################################Init_Value_Select=1#選擇初值Key_1_Value_Select_Set=0#END選擇設置Num_Select_Set=7#需要選擇設置的數(shù)量：1-7總共7個設置Key_1_Value_Select_Fun=0#RUN選擇功能：無選擇Num_Select_Fun=7#需要選擇功能的數(shù)量：1-7總共7個功能Key_2_Value=0#Key_2_ValueKey_3_Value=0#Key_3_Value'''globalKey_1_Value_Select_Set#END選擇設置globalKey_1_Value_Select_Fun#RUN選擇功能globalKey_2_Value#Key_2_ValueglobalKey_3_Value#Key_3_Value'''#KEY_BOOT--未使用#KEY_SYSfm.register(board_info.PIN_KEY_SYS,fm.fpioa.GPIOHS1)#注冊IO-KEY_SYSKEY_SYS=GPIO(GPIO.GPIOHS1,GPIO.IN,GPIO.PULL_UP)#構建KEY_SYS對象defexit_KEY_SYS_fun(KEY_SYS):#KEY_SYS中斷回調函數(shù)globalSYS_StatusglobalKey_1_Value_Select_Set#END選擇設置globalKey_1_Value_Select_Fun#RUN選擇功能globalKey_2_Value#Key_2_ValueglobalKey_3_Value#Key_3_Valuetime.sleep_ms(10)#消除抖動ifKEY_SYS.value()==0:#確認按鍵被按下ifSYS_Status=='END':#ENDSYS_Status='RUN'Key_1_Value_Select_Set=0#END選擇設置：無設置Key_1_Value_Select_Fun=0#RUN選擇功能Key_2_Value=0#Key_2_ValueKey_3_Value=0#Key_3_Valueelse:#RUNSYS_Status='END'Key_1_Value_Select_Set=0#END選擇設置Key_1_Value_Select_Fun=0#RUN選擇功能：無選擇Key_2_Value=0#Key_2_ValueKey_3_Value=0#Key_3_ValueKEY_SYS.irq(exit_KEY_SYS_fun,GPIO.IRQ_FALLING)#開啟中斷，下降沿觸發(fā)#KEY1fm.register(board_info.PIN_KEY1_IN,fm.fpioa.GPIOHS2)#注冊IO-KEY1KEY1=GPIO(GPIO.GPIOHS2,GPIO.IN,GPIO.PULL_UP)#構建KEY1對象defexit_KEY1_fun(KEY1):#KEY1中斷回調函數(shù)globalSYS_StatusglobalKey_1_Value_Select_Set#END選擇設置globalKey_1_Value_Select_Fun#RUN選擇功能globalKey_2_Value#Key_2_ValueglobalKey_3_Value#Key_3_Valuetime.sleep_ms(10)#消除抖動ifKEY1.value()==0:#確認按鍵被按下ifSYS_Status=='RUN':#若：RUNKey_1_Value_Select_Fun=Key_1_Value_Select_Fun+1ifKey_1_Value_Select_Fun>Num_Select_Fun:Key_1_Value_Select_Fun=1Key_2_Value=0#Key_2_ValueKey_3_Value=0#Key_3_Valueelse:#若：ENDKey_1_Value_Select_Set=Key_1_Value_Select_Set+1ifKey_1_Value_Select_Set>Num_Select_Set:Key_1_Value_Select_Set=1Key_2_Value=0#Key_2_ValueKey_3_Value=0#Key_3_ValueKEY1.irq(exit_KEY1_fun,GPIO.IRQ_FALLING)#開啟中斷，下降沿觸發(fā)#KEY2fm.register(board_info.PIN_KEY2_IN,fm.fpioa.GPIOHS3)#注冊IO-KEY2KEY2=GPIO(GPIO.GPIOHS3,GPIO.IN,GPIO.PULL_UP)#構建KEY2對象defexit_KEY2_fun(KEY2):#KEY2中斷回調函數(shù)globalSYS_StatusglobalKey_1_Value_Select_Set#END選擇設置globalKey_1_Value_Select_Fun#RUN選擇功能globalKey_2_Value#Key_2_ValueglobalKey_3_Value#Key_3_Valuetime.sleep_ms(10)#消除抖動ifKEY2.value()==0:#確認按鍵被按下ifKey_3_Value==0:Key_2_Value=1KEY2.irq(exit_KEY2_fun,GPIO.IRQ_FALLING)#開啟中斷，下降沿觸發(fā)#KEY3fm.register(board_info.PIN_KEY3_IN,fm.fpioa.GPIOHS6)#注冊IO-KEY3KEY3=GPIO(GPIO.GPIOHS6,GPIO.IN,GPIO.PULL_UP)#構建KEY3對象defexit_KEY3_fun(KEY3):#KEY3中斷回調函數(shù)globalSYS_StatusglobalKey_1_Value_Select_Set#END選擇設置globalKey_1_Value_Select_Fun#RUN選擇功能globalKey_2_Value#Key_2_ValueglobalKey_3_Value#Key_3_Valuetime.sleep_ms(10)#消除抖動ifKEY3.value()==0:#確認按鍵被按下ifKey_2_Value==0:Key_3_Value=1KEY3.irq(exit_KEY3_fun,GPIO.IRQ_FALLING)#開啟中斷，下降沿觸發(fā)#########################################################################################################################################文字顯示######################################################defdraw_string(img,x,y,text,color,scale,bg=None):ifbg:img.draw_rectangle(x-2,y-2,len(text)*8*scale+4,16*sc