一种基于SPCE061A的身体状态测量装置设计

毕涛 刘迪 杨莉莉 杨帆

摘 要 本作品以凌阳16位单片机SPCE061A为核心，使用YZC-516C，E6B2-CWZ5G和MPS1100这三类高精度传感器模块，从而实现对用户体重、身高、肺活量的数据采集，由单片机综合分析评定，得到用户的体质状况信息，再通过外设的无线蓝牙及短信发送模块SIM900A，可向安卓用户发送实时数据。基于需要多个UART口通讯的需求，采取了模拟UART口，解决了多个模块均需占用UART口通讯的问题，实现了多模块同时工作。相对传统测量仪，此测量仪操作更加简单，不仅能通过RMD6300ID读取校园卡显示用户信息，而且能向基于安卓系统的产品发送实时信息，使用户快速了解当前体质情况。经检验，整机设计可靠性高，信息采集准确，低功耗且实用性较强。

关键词 SPCE061A;高精度;UART;低功耗

1总体方案设计

以凌阳SPCE061A单片机为核心，通过传感器采集的信号传递给单片机进行分析处理，最后在终端显示。此仪器的供电系统是由220V/5V降压变压器提供，输入的电压信号经过各传感器转换模块，可变成可供AD模拟输入端能正常进行采样的电压。体重测量采用YZC-516C传感器采集数据，身高测量利用欧姆龙E6B2-CWZ5G采集数据，肺活量测量利用 MPS1100传感器采集数据，蓝牙通讯模块的功能是将单片机处理后的结果传输给基于安卓系统的平板电脑。采用RDM6300芯片进行校园卡信息读取，上述数据经过SPCE061A汇总处理后，使用GSM（全球通）模块（SIM900A）向用户发送短信消息，同时可以在OCMJ5*10B液晶显示器上显示[1]。

2关键模块设计

2.1 主控模块

SPCE061A是16位单片机，具有2KB FLASH（闪存）存储空间，支持程序多次擦写。同时其最大工作频率可达到49M Hz，满足我们对压力传感器数据的实时采集，同时具有32位I/O口，能进行高精度数据输出。其待机状态的电流仅几微安，功耗低。同时具有较强保密性，程序不易被修改。

2.2 测量身高模块方案

采用旋转编码器测量。虽然它不能直接使用，需要根据编码器实际参数（每转一周输出脉冲数）以及实际使用同步转动轮周长间接换算，硬件与软件处理相比有些复杂，但其精度高，可靠性强，适用于各种环境。

2.3 显示方案

采用12684液晶显示。可以形成84行，1616点阵汉字，分辨率为12864，具有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶，可显示信息量大，可形成全中文人机交互图形界面，而且相比于其他点阵图形液晶模块价格更加低廉。

2.4 数据无线传输模块方案

采用蓝牙传输。低速度短距离传输，带宽1Mbps，有效距离10米，主要用于不同电子设备的通讯，是最简单，最便携的无线通信方式。另外，它属直接通讯，采用跳频和短包技术以及向前纠错补码技术，抗干扰性强，不宜窃听，有力保护用户的个人信息[2]。

3理论分析与计算

3.1 人体身高测量原理分析

旋转编码器可以利用脉冲计数来实现定位和测距，每旋转一周，就会输出特定数目的脉冲。在一定时间内记录读取到旋转编码器输出的脉冲数，即可知道旋转编码器转动的圈数，而同轴转动轮的周长一定，所以可以求得距离即人体身高。

3.2 体肺活量测量原理分析

大气压作用于覆盖有抽空的小盒的敏感元件上，通过它电阻受到压缩或拉伸应力的作用，由于压电效应，电阻值的变化与气压成正比。将气压传感器置于已知截面积的细管中，在被测量者向管中吹气时，便可通过各时刻的气压与流速的关系得出相应的气流速，再结合测量时间计算得出气体总流量。

3.3 体重测量模块

体重测量，我们采用具有双梁式结构的YZC-516C传感器。该传感器可同时作拉、压力使用，结构紧凑，可靠性高，测量精度高，可靠性好。测量原理如下：将应变片粘贴到受力的力敏型弹性元件上，当弹性元件受力产生形变时，应变片产生相应的应变，转化成电阻的变化。

压力引起的电阻的变化转化成电路引起的电压的变化，通过测量输出电压的值，再通过换算即可得到所测量物体的重量。

3.4 人体指标的相关计算

人体指标=肺活量/体重求出个人的肺活量/体重指数。

3.5 蓝牙无线通信的实现

本设计采用蓝牙模块HC-06，设计了基于蓝牙无线传输的数据采集系统，整个装置由前端数据采集、传送部分以及末端的数据接受部分即基于安卓的平板电脑组成。AT89C51单片机作为下位机主机，这样下位机可以主动地或者在接收上位机通过蓝牙模块发送的传送数据指令后，将存储的信息按照标准HCI-RS232传输协议进行数据定义，通过MAX3232进行电平转换后送至蓝牙模块，由蓝牙模块将数据传送到空间，同时上位机的蓝牙模块对此数据进行接收，传送至基于安卓的平板电脑，从而完成蓝牙无线数据的交换。

3.6 平板电脑上位机软件设计

平板电脑上位机软件采用ADT Bundle Android开发平台+ mysql实现。单片机将大学生刷卡学号和测量结果，通过蓝牙技术发送到上位机。上位机通过传输的学号从数据库中查询该大学生信息，并将测量结果保存到该大学生的测量信息表。所有测量数据和被测量人的信息（姓名、学号、年级专业等）都能在安卓平板上位机显示出来。通过标准测量标准算法，评估出被测量人的体重指数是否合格。系统以CSV格式导出所有测量数据和被测人信息。

3.7 GSM模块的无线通信

GSM属第二代（2G）蜂窝移动通信技术，采用数字式信息和语言通道，使用时必须连接到最近的蜂窝单元，可运行在多个无线电频率上。它是由基本子系统（BSS）、移动网子系统（NSS）、操作支持子系统（OSS）、和移动台（MS）四个部分组成。

参考文献

[1] 李全利.单片机原理及应用技术[M].北京：高等教育出版社，2004：67.

[2] 金發庆.传感器技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2004：55.