基于单片机的坐垫式体重秤

章程 黄靖涛 李高云 闫钰婧 唐杏 西北民族大学电气工程学院

体重秤是我们生活中十分常见的一种工具，体重计最早可追溯到公元前2400年至1800年印度河流域，真正现代意义上的体重秤是由达芬奇改进和发明的。从过去的机械式体重秤发展到了到目前广为使用的电子体重秤。但纵观现在的电子体重秤，几乎都是依赖于称重传感器（依靠机械压力获取数据）。我们研究的课题主要是要将体重秤的称重原理引入一个全新的领域——依靠气压传感器及单片机对数据的转换，换算出重力值。坐垫式体重秤就是通过气压传感器及单片机对数据的转换来测量重力。

1 基于单片机的坐垫式体重秤的模型设计

1.1 设计模型：

单片机与电脑连接，通过将电脑中程序输入单片机中，单片机与气压传感器间靠导线连接，传感器与气垫间靠气管连接，保证不漏气，密封良好，这样就可以将气压值转换为重力值。

1.2 实现目标

根据模型，使用材料连接实物，最终通过在坐垫上放置不同质量的物体，依靠单片机的输出，在显示屏上可以看到相应的重力值。

2 工作原理及硬件设计：

2.1 工作原理：

气垫有初始气压值，在气垫上放置一定质量物体后，将会得到另一气压值。气压值与重力值之间存在对应关系，通过气压之间的差值，使用合理算法，算出重力值，将此程序输入到单片机中，单片机将会对气压传感器所得数据进行转换，得到相应的重力值。

2.2 制作流程：

（1）购买所需设备，元器件及材料。按照实验方案组装实验器材并开始查阅相关文献及资料。

（2）进行多次实验，通过电脑记录所得参数，并进行数据分析，建立函数模型。将函数模型用C语言编程并输入单片机，进行整个装置的调试分析。

（3）将项目投入实际测试（目标为不同人群），并收集测试结果。

（4）对项目的外观进行改良设计，进一步测试项目的稳定性。

2.3 说明

（1）本产品研究主要分为三个部分:即实物制作，实验求值，产品调试。

（2）采取的主要研究方法有:实验法，观察法，函数法。

（3）函数模型的建立分为信息采集，信息处理，信息输出三个环节:

A.信息采集:利用气压传感器采集气囊中气压的变化情况；

B.信息处理:通过实验记录气压随重量变化，将此变化规律通过计算转化为函数，再将函数编成算法输入单片机中，利用单片机处理所得气压值，并转化为重量值；

C. 信息输出:将转化所得的重量值参数输出到1602液晶显示屏上。

3 系统硬件设计：

3.1 STC15F2K60S2单片机小系统板

开发板上集成了USB转串口芯片(CH340G)，采用电脑的USB口就可以对开发板下载程序。同时也可以用USB口为开发板供电。集成的USB转串口(TTL)可以单独作为USB转TTL与外部电路TTL电路进行通讯，通过板上JP4跳冒选择OUT端。所有IO口引出，一个USB转TTL排针(3PIN)。一个用户LED灯串口收发LED各一个，一个串口USB供电LED一个CPU供电LED 3.3V 5V对外供电接口USB转TTL排针接口，可单独作为USB转TTL用4个螺丝定位孔，方便定位同时防止电路板短路。一个冷启动下载按钮，同时也是电源开关。

3.2 MPXV7002系列压阻式传感器

MPXV7002系列压阻式传感器是最新型的单晶硅传感器，采用小外形封装。该传感器应用范围广泛，特别适用于那些采用带A/D输入的微控制器或微处理器的应用。这款获得专利的单元件传感器结合先进的微机械技术、薄膜金属化和双极处理，提供与施加的压力成正比的精确的高电平模拟输出信号。既可以测量正压，也可以测量负压。此外，它采用特定的2.5V偏移替代了传统的0V，这个新系列传感器允许每个端口测量的压力高达7kPa，可以应用于压力检测，也适用于真空检测(详细信息请参见数据手册中的传递函数)。

3.3 1602液晶屏

由于1602LCD每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，画质高且不会闪烁。所以显示质量高。1602液晶屏都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。1602液晶模块通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示屏要轻得多。相对而言，1602液晶显示屏的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示屏要少得多。

4 创新点及应用

4.1 创新点

（1）创新性:采用气压传感器作为信息采集方式；

（2）通用性:利用单片机进行数据处理和转换；

（3）直观性:通过1602液晶显示器显示体重数据；

（4）方便性:体积小，易于携带，运输和储藏；

（5）实用性:结构较为简单，适合投入大规模生产；

（6）精确性:误差较小，受干扰因素较少。

4.2 应用

该产品是一个创新性和实用性都很强的“坐垫式体重秤”，它能够让伤残人士和腿脚不便的老年人能够方便舒适的秤体重。不仅可以批量应用于医院、养老院等机构，还可以凭借所占空间小的优势放置在家中。

5 结束语

设计的这种以单片机为核心的坐垫式体重秤，将气垫上放置重物前后气压差值转换成重力值，测出了体重。避免了老年人，残疾人士等行动不便的人群站立测体重。并且以一个坐垫的形式，让这些人群可以随时随地，舒舒服服的秤出自己的体重，告别传统体重计的弊端，让称体重也成为一种舒适的享受。

[1]刘国强,郑召全.基于单片机技术的轮胎压力监测系统[J].电子技术应用,2006,(12):66-68.

[2]黄泽帅,艾信友,宋洋,李杨,施君.基于单片机的多功能肺活量测量仪设计[J].科技创新与应用,2016(09):89.

[3]祝文静.基于单片机的轮胎压力无线监测系统设计[J]. 科技信息,2013,(03):87-88.