数字身高体重测量仪毕业设计说明.docx

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数字身高体重测量仪毕业设计说明

学科分类号0805

本科毕业设计

题目（中文）：

体重及超声波远距测高仪-----体重检测

（英文）：

Weightandultrasonicdistancealtimeter

-----weightdetection

姓名

学号

院（系）工程与设计学院

专业、年级

指导教师陈兆仁

二〇一四年五月

湖南师范大学本科毕业设计诚信声明

本人郑重声明：

所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除设计中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本设计的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本科毕业设计作者签名：

二〇一四年五月二十日

湖南师范大学本科毕业设计任务书

毕业设计题目

体重及超声波远距测高仪-----体重检测

作者姓名

所属院、专业、年级

指导教师姓名、职称

陈兆仁高工

预计字数

7000

开题日期

2014.1.11

选题的目的和意义:

在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。

传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。

但限于目前的技术水平，人们可以具体利用的传感器技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域，而体重及超声波远距测高仪就使用了传感器技术。

随着人们生活水平的提高，超声波身高体重测量仪在快速体检领域广泛应用，随着智能化，现代化，机器人技术的发展，超声波身高体重测量仪在人体成长分析，人体发育，身体素质方面的综合测评中起到很大的作用。

随着环境的恶化，人们生活压力的增大，人们的健康状况不断恶化，每个人都更加注重自身的身体状况，根据市场的要求，各地的体检中心如雨后春笋般发展壮大，对高质量，快速体检要求越来越高。

本选题所设计的超声波身高体重测量仪在测量时不仅可以测量身高体重，同时还可以进行体温测量和指纹识别，它能全自动测量人的身高体重，并且根据你的营养状态，及在你现在的身高体重下，您的正常体重范围，使你对自己的生长状况一目了然，更好更合理的搭配自己的饮食，健康的成长。

展望未来，体重及超声波远距测高仪会有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，未来的体重及超声波测高仪将与自动化、智能化接轨，形成具有多种功能的仪器。

随着技术的进步，体重及超声波远距测高仪将在未来发挥更大的作用。

主要研究内容：

超声波测身高的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。

实用的测身高方法有两种，一种是在被测身高离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测身高仪。

此次设计采用反射波方式。

其次便是利用压力传感器对人体体重的测量以及在显示屏上进行显示。

应达到的技术指标或要求：

超声波测高精度±1cm，测量范围2cm-4m

称重精度1kg，测量范围1kg-200kg

要求测量准确，能同时在显示屏上显示出来。

主要设计方法或技术路线：

1.利用超声波测高前先用超声波测出发射头与地面的高度H1并存入单片机，然后将被测物体移入测量区内测得上表面距离H2，用单片机算出两者之差就是被测物体的实际高度。

2.可以通过把超声波测高与称体重集中于一体来测量人体身高与体重，再根据得出的数据自动计算出肥胖指标。

3.体重测量则是将压力信号转化成为电信号后通过放大电路与转换电路将被测量物体的体重显示出来。

完成本课题应具备的环境（软件、硬件）：

软件：

KeiluVision4

硬件：

51单片机开发板、STC89C52RC芯片

各阶段任务安排：

2014年1月完成开题报告与准备工作，确立设计方案

2014年2月程序编写完成软件设计与相应的硬件设计

2014年3月进行系统调试与进一步的完善系统

2014年4月整理毕业设计的相关资料，完成毕业论文

2014年5月毕业设计答辩

主要参考资料：

1.《传感器与检测技术》宋文绪高等教育出版社2004

2.《传感器原理与应用课程设计指南》何金田张斌哈尔滨工业大学出版社2009

3.《传感器设计基础——课程设计与毕业设计指南》单成祥，牛彦文，张春

国防工业出版社2007

4.红外温度传感器的设计与实现陈远金，程永进，吴雄伟《红外》期刊2006

5.超声波高度测量器的设计楼然苗《微计算机信息》期刊2006

6.智能压力传感器的设计李国玉河北工业大学2004

7.知网

指导教师意见：

指导教师签名:

开题报告会纪要

时间

地点

与

会

人

员

姓名

职务（职称）

姓名

职务（职称）

姓名

职务（职称）

会议记录摘要：

会议主持人签名：

记录人签名：

年　月日

指导小组意见

负责人签名：

年月日

学院意见

负责人签名：

年月日

湖南师范大学

工程与设计学院指导教师指导毕业设计情况登记表

论文（设计）题目

体重及超声波远距测高仪-----体重检测

学生姓名

所属专业、年级

指导教师姓名

陈兆仁

职称

高工

学历

学士

指导时间

指导地点

指导内容

学生签名

备注

湖南师范大学本科毕业设计评审表

毕业设计题目

体重及超声波远距测高仪-----体重检测

作者姓名

所属院、专业、年级

指导教师

姓名、职称

陈兆仁高工

字数

10000

定稿日期

2014.5.1

中

文

摘

要

在如今体检过程中，身高和体重是必要的测量部分。

传统的测量方法是通过压降式的测高和秤盘式称重读数，与传统测量方法相比，本设计采用超声波非接触式的测高，并由液晶直接显示即时的身高和体重数据。

这就使得该设计具有实时性，能相当快捷的得出身高体重值，给体检过程带来很大方便。

本设计是基于单片机STC89C52的测量系统，包括测高和称重两个模块。

其中测量身高量程为2m，称重量程为200kg，能实现绝大多数测量要求。

测高部分采用超声波测距原理测量，称重部分用称重传感器连接专用称重AD-HX711测量重量，由液晶1602显示数字数据，实现了智能化测量，使本设计具有实用价值。

关键词

STC89C52超声波测高HX711液晶1602

英

文

摘

要

Intheexaminationprocess,measurementpartisnecessaryforheightandweight.Thetraditionalmeasurementmethodisthepressuredropthroughthewayofheight,weightingscalereadingway,comparedwiththetraditionalmeasurementmethod,thedesignusesthenon-contactheightultrasonic,displayingreal-timeheight-weightdatabytheliquidcrystal.Itmakesthedesignhastheadvantagesofreal-time,canquicklygetheightandweightvalues,whichbringsgreatconveniencefortheexaminationprocess.

ThedesignofmeasurementsystemisbasedonSTC89C52microcontroller,includingtheheightandweightoftwomodules.Themeasurementoftheheightrangefor2m,weighingrangefor200kg,toachievethemostmeasurementrequirements.Measurementofultrasonicrangingprincipleusingaltimetry,weighingsensorconnectedweighingAD-HX711measurementbyweight,LCD-1602displaydigitaldata,andrealizeintelligentmeasurement,thedesignhaspracticalvalue.

关键词

STC89C52ultrasonic altimeterHX711LCD-1602

毕业设计指导教师评定成绩

评审基元

评审要素

评审内涵

满分

实评分

选题质量28%

目的明确

符合要求

选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和综合训练的基本要求

选题恰当

题目规模适当

题目难易度适中

联系实际

题目与生产、科研、实验室建设等实际相结合，具有一定的实际价值

能力水平30%

综合运用

知识能力

能将所学专业知识和机能用与毕业设计中；设计内容有适当的深度、广度和难度

应用文献

资料能力

能独立查阅相关文献资料，能对本设计所涉及的有关研究状况及成果归纳、总结和恰当运用

实验（设计）

能力

能运用本学科常用的研究方法，选择合理可行的方案，能对实际问题进行分析，进行实验（设计），具有较强的动手能力

计算能力

原始数据搜集得当；能进行本专业要求的计算，理论依据正确，数据处理方法和处理结果正确

计算机应用能力

能根据设计题目要求编程上机或使用专业应用软件完成设计任务

分析能力

能对设计项目进行技术经济分析或对实验结果进行综合分析

设计质量32%

插图或图纸质量

能用计算机绘图，且绘制图纸表格符合标准

说明书撰写水平

设计说明书齐全；概念清楚，内容正确，条理分明，语言流畅，结构严谨；篇幅达到学校要求

规范化程度

设计的格式、图纸、数据、用语、量和单位、各种资料引用和运用规范化，符合标准；设计栏目齐全合理

成果的实用性与科学性

较好地完成设计选题的目的要求，成果富有一定的理论深度和实际运用价值

创见性

具有创新意识，设计具有一定的创新性

外文资料翻译

10%

外文应用

能力

能搜集、阅读、翻译、归纳、综述一定量的本专业外文资料与外文摘要，并能加以运用，体现一定的外语水平，译文汉字数1500-2000

总成绩：

评定等级：

指导教师评审意见：

指导教师签名：

说明：

评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，总成绩90—100分记为优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。

若译文成绩为零，则不计总成绩，评定等级记为不及格。

湖南师范大学本科毕业设计答辩记录表

毕业设计题目

体重及超声波远距测高仪-----体重检测

作者姓名

所属院、专业、年级

工程与设计学院电子信息工程专业2010年级

指导教师

姓名、职称

陈兆仁高工

答辩会纪要

时间

地点

答辩

小组

成员

姓名

职务（职称）

姓名

职务（职称）

姓名

职务（职称）

答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：

会议主持人签名：

记录人签名：

年月日

答

辩

小

组

意

见

评语：

评定等级：

负责人（签名）：

年月日

学

院

意

见

评语：

毕业设计学院最终评定等级：

负责人（签名）：

学院（公章）年月日

学

校

意

见

评语：

评定等级：

负责人（签名）：

年月日

体重及超声波远距离测高仪-----体重检测

专业：

电子信息工程年级：

2010级姓名：

陈练

摘要

在如今体检过程中，身高和体重是必要的测量部分。

传统的测量方法是通过压降式的测高和秤盘称重读数，与传统测量方法相比，本设计采用超声波非接触式的测高，并由液晶直接显示即时的身高和体重数据。

这就使得该设计具有实时性，能很快捷的得出身高体重值，给体检过程带来很大方便。

本设计是基于单片机STC89C52的测量系统，包括测高和称重两个模块。

其中测量身高量程为2m，称重量程为200kg，能实现绝大多数测量要求。

关键词：

STC89C52超声波测高HX711液晶1602

Abstract

Keywords:

STC89C52ultrasonic altimeterHX711LCD-1602

1引言

1.1选题背景及目的

随着社会的发展，人们生活水平不断提升，与身体状况相关的方面越来越得到人们的关注。

而身高与体重的变化则是身体状况最为直接的表现，因此身高体重便成为必要的测量内容。

身高体重测量仪现以不止用于医疗、体检部门，而是可以广泛应用于大众的仪器，因此身高体重测量仪的研究和设计有非常广阔的前景。

本设计的身高体重一体化测量仪可以同时测量身高和体重数据，并实时的在屏幕上显示，大大提高了使用效率。

本设计的仪器系统功耗低，运行情况良好而可靠，能利用最少的资源进行高精度的测量，信息性能可靠，操作便利，可以方便的获取结果，在实际的使用中获得了理想的效果，有重要的研究意义。

身高的测量使用非接触式的超声波来完成。

超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因此超声波经常用于障碍物的距离测量。

由于超声波可做到无接触检测距离,这一特性用在人体或其它物体高度的测量上会变得非常方便。

而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。

因此本设计也是利用超声波来测量高度。

体重的测量采用应变式压力传感器做成电子称来测量重量。

和传统秤相比较，电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现，具有精度高、功能强等特点，因此电子称逐渐取代传统型的机械杠杆测量秤，成为测量领域的主流产品[1]。

本课题设计的电子秤具有基本称重、显示功能。

该电子秤的测量范围为0-200Kg，测量精度达到1kg，有高精度，低成本，易携带的特点。

1.2总体方案设计与论证

1.2.1设计任务

（1）题目：

数字身高体重测量仪

（2）测量要求：

超声波测高精度±1cm，测量范围2cm-4m

称重精度1kg，测量范围1kg-200kg

要求测量准确，能同时在显示屏上显示出来。

1.2.2设计内容

外围设备：

（1）51单片机最小系统开发板

（2）STC89C52主芯片

（3）超声波测距模块

（4）压力传感器称重模块

（5）AD转换模块

（6）1602液晶显示模块

1.2.3方案论证与选择

方案一：

采用FPGA控制，超声波测距，电容式传感器称重，数码管显示数值。

方案二：

采用51单片机控制，超声波测距，应变式传感器称重，1602液晶显示数值。

以上两个方案主要是控制芯片，称重传感器和显示设备的选择问题。

现就各个选择做以下论证。

FPGA功能强大，端口多，适于多从控制，但数据处理较复杂，且价格昂贵；51单片机设计简单，易于控制，价格便宜，且能完成要求的所有工作，因此选择51单片机控制。

电容式传感器耗电量少,造价低,但准确度只有1/200~1/500；电阻应变式传感器的称量范围为300g至数千kg,计量准确度达1/1000~1/10000,结构较简单,可靠性较好，因此选择电阻应变式传感器，且采用全桥式等臂电桥电路。

采用数码管现实的话，需要两组数码管分别显示身高和体重数值，消耗功率大，且占用较多的I/O口资源；采用1602液晶显示，可以分两行同时清晰直观地显示身高体重结果及必要的信息，因此选择1602液晶显示作为显示屏。

综上所述，选择方案二更为合理、经济。

2硬件电路设计

2.1主控电路

我们主控制电路采用STC89C52芯片，STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择[2]。

主要特性如下[3]：

1.工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）

2.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.

3.工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz

4.片上集成512字节RAM

5.用户应用程序空间为8K字节

6.具有EEPROM功能

7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片

8.通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，

P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

9.共3个16位定时器/计数器。

即定时器T0、T1、T2

10.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

11.具有看门狗功能

12.工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

13.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART

14.PDIP封装

其管脚定义如图2.1所示。

图2.1STC89C52管脚图

2.2超声波测高模块电路

2.2.1超声波传感器及其测高原理

超声波是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离S=Ct/2，式中的C为超声波波速。

利用超声波测高前先用超声波测出发射头与地面的高度H1并存入单片机，然后将被测物体移入测量区内测得上表面距离H2，用单片机算出两者之差就是被测物体的实际高度。

超声波测高系统原理如图2.2所示。

图2.2超声波测高原理图

我们使用的是模块化的超声波HC-SR04测距，HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路[4]。

其基本工作原理如下：

（1）采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号;

（2）模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；

（3）有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。

测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2;

2.2.2超声波传感器电气参数及其时序图

超声波测距模块电气参数如下表2.1所示：

表2.1电气参数

超声波时序图如图2.3所示：

图2.3超声波时序图

以上时序图表明我们只需要提供一个10uS以上的脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40KHZ周期电平并检测回波。

一旦检测到有回波则输出回响信号。

回响信号的脉冲宽度与所测得距离成正比。

由此

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