学生体重测量仪的设计与应用

陈彩虹

（渭南师范学院教育科学学院，陕西渭南 714000）

体重是学生最基本、最简单的健康指数。对于学生来说，体重指标可以显示他们的发育成长状态，通过体重检测可以减少或者尽早发现学生体重异常的并发症。做为群体性的测量主体，学生的数量很多，需要便利快捷的测重方式。另外，学生的测量数据需要进行阶段性的纵向比较和同时期的横向比较，或者做其他的数据分析，以便对学生的身体状况进行对比和参照。本文参照这个目的，进行了高精度、便利性的体重测量仪设计。

1 体重测量仪的功能设计

本款体重测量仪在普通体重测量仪的测量显示功能基础上，可以实现体重测试系统的智能化、网络化。另外本款体重测量仪还有一个好处，如果测试现场没有计算机，可以把测试数据存储在IC 卡中，在条件方便的时候把卡中的数据转存到智能测试系统上，这就为学生随时随地测量提供了便利。

2 体重测量仪的部件组成及安装

体重测试仪的部件主要包括连接架、秤盘、液晶显示器、IC卡等部件，在秤盘与连接架连接的一侧，有电源开关、连接螺钉、电源线、标定电位器、数据线接口等，本产品的秤体则由承重板、底座、传感器、踏板罩等零件组成。

这个体重测试仪的安装比较简单，主要分为以下四个步骤：1、显示部件的电源线和连接架相连；2、显示部件和连接架相连；3、接通电源；4、用传感连接器把控制器和体重秤连接起来。

3 体重测量仪的部件功能介绍

3.1 IC 卡接口，卡通过卡座与体重测试仪连接，主要用来存储相关的测试数据。

3.2 RS—232接口，这个接口的功能是测试系统之间的通信，通过该接口，可以向测试系统发送测试者信息和测试数据等，此接口通过MAX232与单片机的接口连接。

3.3 液晶显示模块。使用QX104图形点阵液晶显示模块，这个模块主要用于显示被测者的信息和测试结果。

3.4 指示灯。显示器上的指示灯分别指示电源状态和是否有IC 卡状态，以便于测试者调整自己的操作行为。

3.5 声音提示。通过声音提示测试者按正确的步骤进行测试

3.6 键盘。测试者可以通过键盘输入被测试者身份信息，控制测试进程，存储测试结果。

4 硬件电路设计

体重测量仪的设计主要分为两个部分，一方面是硬件电路设计，另一方面是软件设计。由于体重测量仪的功能要求，相对而言，这个测量仪对于硬件电路设计方面要求较高。其具体设计思想如下：以单片机AT89S52为中央处理器，辅以外围模拟、数字电路功能模块，实现从线路接收传感器传来的信号到最后显示输出的目标。

单片机技术目前在更多的领域被推广，各种类型的单片机不断推出，在众多的单片机选择中，AT89S52单片机因其优良的性价比在行业应用中居于突出地位。该处理器具有掉电后可恢复、双向数据指针、8KB 可通过SPI 接口下载的闪存、2KB 片内EEP—ROM、可擦写10万次等优良性能。因此本测量仪也把AT89S52单片机做为首要选择，单片机为体重测量仪的优化功能实现提供了可能。

单片机的线路系统设计包含两部分工作，一系统扩展，即单片机的功能单元，如ROM、RAM、中断系统等单元容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的线路。二系统配置，即按照系统功能要求进行外围配置，如键盘、显示器、打印机等，并要设计合理的接口电路。

对于传感器的使用，本设计选用的传感器量程在150Kg，精度在0.03级，灵敏度为2.0上下0.1mV/V，符合本设计对传感器高灵敏度、抗侧向能力强、稳定性好等指导思想。

5 电源设计

本设计同时考虑了功率、电平及抗干扰等问题，总体上在设计时对电源保留了充分的余量，大小系统分别按照消耗功率的1.5倍≈2倍及2≈3倍设计，这样的电源设计为测试仪的电源保留了充足的浮动空间。电源设计

5.1 变压器，除了单片机系统、IC 卡需要+5V 直流电源外，A/D 转换器MAX116还需要一个比较精确的模拟电源5V，考虑到实际测量时，现场常见的电源为220V 交流电源，所以本系统采用直接使用220V 交流电源，经过一系列的变换和处理后，分别给单片机系统、IC 卡、A/D 转换器MAX116供电。由此形成的变压器结构紧凑、防震、防潮、阻燃且外形美观。

5.2 单片机、传感器和IC 卡都需要5V 数字电源，本测量仪采用三端固定集成稳压器7805采用前面变压所得的15V 正电源获得5V 电源，三端集成稳压器可以使输出电压更稳定，这个三段集成稳压器使体重测试仪性能稳定发挥得以保障。

5.3 精确电源设计。由于A/D 转换器中所需要的基准电压比较高，本设计采用美国半导体公司生产的并联调整式带隙可调式基准电压LM336来稳定LM317的基准电压，通过调节电位器R4来获得精密、低温度系数的电压输出A5V.

6 A/D 转换及MAX1166介绍

6.1 A/D 转换

这是数据转换接口前向通道的一个重要环节，数据采集和转换系统从一个信号源采集模拟信号，并将这些信号转换为数字形式，以便输入CPU。

6.2 转换模块MAX1166

从性价比来看，美国MAXIM公司生产的MAX1166具有小封装、动态特性好、适用温度较宽等优势，比较适合本设计传感器对于A/D 要求15位以上的要求，共有20个引脚，分为接地类、模数类、控制信号类。MAX1166的数据线接口为并行接口8位，可以和各种微处理器直接进行接口。

7 通信接口的设计

RS—232接口是最常见的串行通信接口，这个接口常用于点对点接口。通信接口的电路设计一般要用到MAX232芯片，这种电平转换芯片适用于各种 RS—232接口，在芯片内部有一个电平电压转换器，可以把输入的+5V 电源变换成为RS—232接口输出电平所需要的正负10V 电压。

8 IC 卡接口设计

这个设计包括IC 卡、IC 卡的供电电路和信号电路等方面，本系统选用了SIMENS的SLE4428IC 卡，设有两个字节的密码，只有通过密码验证，才能对卡内没有设置写、擦除保护的的内容进行写擦除，有利于数据的安全性。另外SLE4428IC 卡内置了高压产生器，只需电源电压即可进行操作，简化了接口电路的设计，可直接由单片机驱动。

IC 卡的接口电路是是连接IC 卡与控制器的通路，由它实现对IC 卡的供电，并实现卡不带电插拔的要求。这功能的实现主要通过接口电路的各条信号线加上缓冲电路，本系统的缓冲电路选用74HC070C 门缓冲器，缓冲器和IC 卡共用同一个电源，便于卡断电时，接口电路处于不带电状态，达到安全、便利的操作效果。

9 液晶显示器的设计

根据显示器的显示要求，本设计选用了7位字段式液晶显示器QX014，这个液晶显示器体积小，且接口电路简单。液晶显示模块QX014做为I/O 口设备挂接到单片机的数据总线上，读写操作则由单片机的读写信号控制，

10 键盘设计实现

键盘是最常用的单片机输入设备，本设计在单片机系统中采用了常见的由软件控制的非编码键盘，硬件电路简单，用户可以方便的增减按键的数量。由于AT89S52有足够的I/0口，所以键盘采用独立式按键。

11 体重测试仪软件模块设计及实现

由于体重测试仪的硬件电路设计不具有通用性，所以，需要另外设置对应的软件。软件设计主要按照以上对应功能进行，大致分为5个主要模块：主程序、液晶显示模块、键盘扫描模块、IC 卡模块、测重模块。

IC 卡模块设计实现：使用者可以把卡插入卡座，按开始按键，系统将以IC 卡的形式工作，测试者便可将自己的身份信息通过选择键进行输入，待测试结果稳定后，可以按确定键确认测试结果，按存储键存储测试数据。

测重模块设计实现：这个模块可以显示测试者的身份信息、测试数据、存储记录等数据信息。测试者如果没有设定，将直接默认为测试体重，并能通过显示器把测试数据显示出来。

结合学生测试特点，此款学生体重测量仪选用了高性能的单片机和转换器等元部件，并根据需要设置了相应的软件来适应硬件电路的需要，使测量仪具有智能化、便利化、精度准等特点，相对于传统的测量方式，可以更好地满足学生的体重测量需要。