體重健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者/劉瓊，田會(huì)峰，江蘇科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院

體重健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者/劉瓊，田會(huì)峰，江蘇科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院

設(shè)計(jì)了一款基于微信平臺(tái)，WiFi聯(lián)網(wǎng)的體重健康管理系統(tǒng)。硬件部分選擇由電阻應(yīng)變片構(gòu)成差動(dòng)全橋電路；軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以52單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，用HX711芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，采集的數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)，通過WIFI模塊將單片機(jī)中的數(shù)據(jù)上傳至機(jī)智云平臺(tái)，云平臺(tái)作為數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，進(jìn)而將數(shù)據(jù)上傳至微信公眾號(hào)，同樣控制命令的數(shù)據(jù)可以逆行下傳，實(shí)現(xiàn)通過手機(jī)控制電子稱重設(shè)備。

體重測(cè)量；測(cè)重模塊；微信平臺(tái)；單片機(jī)

引言

隨著電子測(cè)重技術(shù)的成熟，電子秤已經(jīng)逐漸取代老式測(cè)重設(shè)備。其因操作簡單、測(cè)重準(zhǔn)確、體積小、測(cè)量速度快、讀數(shù)方便，廣泛應(yīng)用于商業(yè)貿(mào)易、醫(yī)院、學(xué)校、企業(yè)等部門[1 2]。隨著制造工藝的提高，電子秤更是越做越輕巧便攜，加之人們對(duì)美的追求，越來越關(guān)注自己體型的變化，因此如今幾乎家家備有電子體重秤。同時(shí)隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來以及微信技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必然會(huì)用到越來越多的微信平臺(tái)資源。本文即為大家介紹一款基于微信平臺(tái)的體重健康管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)不僅能測(cè)重，更能讓用戶了解自己體重階段性的變化。同時(shí)利用微信平臺(tái)，讓本系統(tǒng)擁有較好的人機(jī)交互的體驗(yàn)感覺，使系統(tǒng)更人性化、智能化。

1. 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以52單片機(jī)為核心，硬件部分選擇由電阻應(yīng)變片構(gòu)成差動(dòng)全橋電路，A/D轉(zhuǎn)換部分選用HX711芯片。除了基本的測(cè)重功能外，本系統(tǒng)提出了一種基于微信平臺(tái)、WiFi、機(jī)智云平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和分析的功能。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將用戶測(cè)得的體重信息進(jìn)行保存及分析，將結(jié)果通過微信平臺(tái)反饋給用戶，同時(shí)用戶也可以通過微信控制電子稱重實(shí)體。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

2. 稱重傳感器的設(shè)計(jì)

2.1 電阻式應(yīng)變片傳感器

圖2 差動(dòng)全橋電路

2.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊

電子稱重需要將應(yīng)變片的物理形變產(chǎn)生的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，則需要A/D轉(zhuǎn)換模塊，加上電子秤重對(duì)精度的較高要求，所以最終選用HX711芯片。HX711是一款24位高精度的A/D轉(zhuǎn)換芯片，與其它A/D轉(zhuǎn)換芯片相比，其不僅具有響應(yīng)速度快、抗干擾性能強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)；除此之外該芯片還具有較高的集成度，因?yàn)槠鋬?nèi)部已經(jīng)集成有穩(wěn)壓電源和片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等外圍電路。符合芯片越做越精，越做越小的趨勢(shì)。該芯片有兩路通道可供差分輸入選擇，分別為通道A和通道B。通道A的差分輸入信號(hào)大小可為±20mV或±40mV，通道B的可編程增益為固定的32增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。該芯片集成有穩(wěn)壓電源和內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，所以系統(tǒng)板上無需外接模擬電源，也無需外部提供振蕩信號(hào)。因此該芯片集成度高，操作簡單。此外其特有的上電自動(dòng)復(fù)位功能，簡化了開機(jī)過程，加快了開機(jī)速度。

圖3 HX711模塊原理圖

3. 微信平臺(tái)的設(shè)計(jì)

如今微信已成為一種新的生活方式，越來越多的基于微信平臺(tái)的智能家居的誕生讓生活更加便利，相對(duì)于手機(jī)app，利用微信平臺(tái)，系統(tǒng)開發(fā)周期和難度更小，更受開發(fā)者和用戶的喜歡，物聯(lián)網(wǎng)的微信應(yīng)用已然成為一種趨勢(shì)。

3.1 微信功能設(shè)計(jì)框圖

本設(shè)計(jì)的微信部分通過WiFi模塊將設(shè)備MCU收集的一系列數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器，這里利用的是機(jī)智云平臺(tái)，數(shù)據(jù)通過機(jī)智云處理轉(zhuǎn)發(fā)到微信公眾號(hào)上，同樣控制命令的數(shù)據(jù)可以從微信通過機(jī)智云下行傳送到設(shè)備MCU,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電子秤設(shè)備的控制，可以看出機(jī)智云平臺(tái)在此部分的設(shè)計(jì)中起到了承上啟下的作用。本系統(tǒng)中微信與設(shè)備互聯(lián)的功能可以推廣到其他各種智能家居設(shè)備上，應(yīng)用前景十分廣泛。

3.2 設(shè)備與微信硬件綁定過程

首先申請(qǐng)一個(gè)微信公眾號(hào)，獲得對(duì)應(yīng)的公眾號(hào)原始ID。接著進(jìn)行設(shè)備MCU開發(fā)和固件燒錄，在WiFi模塊寫入AirKiss時(shí)，需要將機(jī)智云的produck_key寫入設(shè)備MCU，同時(shí)需要配置公眾號(hào)的原始ID。在這里，借助了已經(jīng)燒錄到WiFi模塊的微信寵物屋開源框架進(jìn)行第二次燒寫，關(guān)鍵代碼如圖5所示。

接著微信客戶端通過掃描二維碼的方式添加設(shè)備，設(shè)備二維碼生成方式中，選擇產(chǎn)品添加方式為每種型號(hào)唯一的二維碼，此方式在微信綁定設(shè)備時(shí)，既可以通過掃描二維碼直接綁定，也可以選擇近場(chǎng)發(fā)現(xiàn)綁定。

圖4 微信功能設(shè)計(jì)框圖

接著進(jìn)行設(shè)備的授權(quán)，在WiFi固件中寫入公眾號(hào)原始ID，同時(shí)將所有設(shè)備的MAC地址登記到微信服務(wù)器上，接著即可以向微信接口發(fā)送請(qǐng)求設(shè)備授權(quán)關(guān)鍵代碼如圖6所示。

圖5 WiFi寫入Airkiss關(guān)鍵代碼

圖6 設(shè)備授權(quán)關(guān)鍵代碼

最后即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備與微信的綁定，階段性成果如圖7所示。

圖7 微信與設(shè)備硬件綁定

3.3 微信與設(shè)備數(shù)據(jù)交互的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于設(shè)備數(shù)據(jù)點(diǎn)的監(jiān)控，借助平臺(tái)已經(jīng)封裝好的SDK即java—SDK和js—SDK,這兩個(gè)SDK各自封裝了機(jī)智云的OpenAPI以及WebSocket，所以大大簡化了API的操作，接管了token和用戶管理，只需要調(diào)用相關(guān)函數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備與微信在軟件平臺(tái)的綁定和解綁。下面給出綁定用戶的Java_SDK中的關(guān)鍵代碼：

對(duì)于設(shè)備的控制同樣需要調(diào)用js—SDK,首先初始化GizwitsWS對(duì)象，然后使用GizwitsWS.init()獲取綁定列表，接著選擇一個(gè)設(shè)備，創(chuàng)建websocket連接控制設(shè)備。對(duì)于控制代碼的編寫，如果是commType=custom，則輸入p0；如果commType=attrs_v4，則輸入datapoints。下面給出遠(yuǎn)程控制電子秤上RBG燈的代碼樣例：

以上是電子秤微信部分設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟，在此開發(fā)過程中，機(jī)智云平臺(tái)起到了關(guān)鍵的作用。通過機(jī)智云后臺(tái)完成設(shè)備的功能定義后，平臺(tái)自動(dòng)生成負(fù)責(zé)底層通信的SDK，此外機(jī)智云免費(fèi)提供設(shè)備數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與運(yùn)算處理，這大大減少了開發(fā)周期與開發(fā)難度。

4. 結(jié)語

越是隨處可見的東西，越是需要實(shí)用與智能，本系統(tǒng)在測(cè)重模塊的設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了降低成本，提高精確度。除此之外外加的微信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的功能，讓電子秤不在僅僅可以稱重，更成為了健康生活的小助手，因此該設(shè)備具有廣闊的應(yīng)用前景。

＊ [1]佟瑩辛.基于C8051F350的高精度低成本電子秤[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2008,10(3):9—10.

＊ [2]王德清，胡曉毅，賈宏，等.基于SPCE061A的高精度電子秤設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，27(5):83—86.

＊ [3]吳祥晨.電阻應(yīng)變片測(cè)量電路的靈敏度研究與誤差分析[J].電子制作, 2014, (3):51—51.

＊ [4]李巧真.電阻應(yīng)變片的實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2011, 30 (4): 134—137

＊ [5]吳玉林，方鵬斌，嚴(yán)黎華.簡易數(shù)字電子秤的設(shè)計(jì)[J].咸寧學(xué)院學(xué)報(bào)，2010,30 (12)：12—12.

＊ [6]吳川環(huán).基于微信控制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的服務(wù)器系統(tǒng)[D].廣東：廣東工業(yè)大學(xué)信息與通信工程系，2015.