基于單片機的坐墊式體重秤

章程 黃靖濤 李高云 閆鈺婧 唐杏 西北民族大學電氣工程學院

體重秤是我們生活中十分常見的一種工具，體重計最早可追溯到公元前2400年至1800年印度河流域，真正現代意義上的體重秤是由達芬奇改進和發明的。從過去的機械式體重秤發展到了到目前廣為使用的電子體重秤。但縱觀現在的電子體重秤，幾乎都是依賴于稱重傳感器（依靠機械壓力獲取數據）。我們研究的課題主要是要將體重秤的稱重原理引入一個全新的領域——依靠氣壓傳感器及單片機對數據的轉換，換算出重力值。坐墊式體重秤就是通過氣壓傳感器及單片機對數據的轉換來測量重力。

1 基于單片機的坐墊式體重秤的模型設計

1.1 設計模型：

單片機與電腦連接，通過將電腦中程序輸入單片機中，單片機與氣壓傳感器間靠導線連接，傳感器與氣墊間靠氣管連接，保證不漏氣，密封良好，這樣就可以將氣壓值轉換為重力值。

1.2 實現目標

根據模型，使用材料連接實物，最終通過在坐墊上放置不同質量的物體，依靠單片機的輸出，在顯示屏上可以看到相應的重力值。

2 工作原理及硬件設計：

2.1 工作原理：

氣墊有初始氣壓值，在氣墊上放置一定質量物體后，將會得到另一氣壓值。氣壓值與重力值之間存在對應關系，通過氣壓之間的差值，使用合理算法，算出重力值，將此程序輸入到單片機中，單片機將會對氣壓傳感器所得數據進行轉換，得到相應的重力值。

2.2 制作流程：

（1）購買所需設備，元器件及材料。按照實驗方案組裝實驗器材并開始查閱相關文獻及資料。

（2）進行多次實驗，通過電腦記錄所得參數，并進行數據分析，建立函數模型。將函數模型用C語言編程并輸入單片機，進行整個裝置的調試分析。

（3）將項目投入實際測試（目標為不同人群），并收集測試結果。

（4）對項目的外觀進行改良設計，進一步測試項目的穩定性。

2.3 說明

（1）本產品研究主要分為三個部分:即實物制作，實驗求值，產品調試。

（2）采取的主要研究方法有:實驗法，觀察法，函數法。

（3）函數模型的建立分為信息采集，信息處理，信息輸出三個環節:

A.信息采集:利用氣壓傳感器采集氣囊中氣壓的變化情況；

B.信息處理:通過實驗記錄氣壓隨重量變化，將此變化規律通過計算轉化為函數，再將函數編成算法輸入單片機中，利用單片機處理所得氣壓值，并轉化為重量值；

C. 信息輸出:將轉化所得的重量值參數輸出到1602液晶顯示屏上。

3 系統硬件設計：

3.1 STC15F2K60S2單片機小系統板

開發板上集成了USB轉串口芯片(CH340G)，采用電腦的USB口就可以對開發板下載程序。同時也可以用USB口為開發板供電。集成的USB轉串口(TTL)可以單獨作為USB轉TTL與外部電路TTL電路進行通訊，通過板上JP4跳冒選擇OUT端。所有IO口引出，一個USB轉TTL排針(3PIN)。一個用戶LED燈串口收發LED各一個，一個串口USB供電LED一個CPU供電LED 3.3V 5V對外供電接口USB轉TTL排針接口，可單獨作為USB轉TTL用4個螺絲定位孔，方便定位同時防止電路板短路。一個冷啟動下載按鈕，同時也是電源開關。

3.2 MPXV7002系列壓阻式傳感器

MPXV7002系列壓阻式傳感器是最新型的單晶硅傳感器，采用小外形封裝。該傳感器應用范圍廣泛，特別適用于那些采用帶A/D輸入的微控制器或微處理器的應用。這款獲得專利的單元件傳感器結合先進的微機械技術、薄膜金屬化和雙極處理，提供與施加的壓力成正比的精確的高電平模擬輸出信號。既可以測量正壓，也可以測量負壓。此外，它采用特定的2.5V偏移替代了傳統的0V，這個新系列傳感器允許每個端口測量的壓力高達7kPa，可以應用于壓力檢測，也適用于真空檢測(詳細信息請參見數據手冊中的傳遞函數)。

3.3 1602液晶屏

由于1602LCD每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發光，畫質高且不會閃爍。所以顯示質量高。1602液晶屏都是數字式的，和單片機系統的接口更加簡單可靠，操作更加方便。1602液晶模塊通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統顯示屏要輕得多。相對而言，1602液晶顯示屏的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示屏要少得多。

4 創新點及應用

4.1 創新點

（1）創新性:采用氣壓傳感器作為信息采集方式；

（2）通用性:利用單片機進行數據處理和轉換；

（3）直觀性:通過1602液晶顯示器顯示體重數據；

（4）方便性:體積小，易于攜帶，運輸和儲藏；

（5）實用性:結構較為簡單，適合投入大規模生產；

（6）精確性:誤差較小，受干擾因素較少。

4.2 應用

該產品是一個創新性和實用性都很強的“坐墊式體重秤”，它能夠讓傷殘人士和腿腳不便的老年人能夠方便舒適的秤體重。不僅可以批量應用于醫院、養老院等機構，還可以憑借所占空間小的優勢放置在家中。

5 結束語

設計的這種以單片機為核心的坐墊式體重秤，將氣墊上放置重物前后氣壓差值轉換成重力值，測出了體重。避免了老年人，殘疾人士等行動不便的人群站立測體重。并且以一個坐墊的形式，讓這些人群可以隨時隨地，舒舒服服的秤出自己的體重，告別傳統體重計的弊端，讓稱體重也成為一種舒適的享受。

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