基于STC12C5A60S2单片机综合体质测量仪的设计

马振 孙英杰 魏丕静

【摘要】该测量仪以STC12C5A60S2微控制器为控制核心，整体实现了射频打卡、身高体重肺活量测量、液晶显示、无线蓝牙与GSM传输等相应功能。

【关键词】STC12C5A60S2单片机;射频打卡;A/D转换;12864液晶

1.硬件部分

1.1 总体方案设计

综合体质测量仪要求实现读卡和身高、体重、肺活量的测量与肺活量体重指数的计算以及把数据传到平板电脑实现上位机显示与导出功能，因此需要用到射频打卡模块，身高、体重和肺活量的测量模块，同时测量数据需采用12864液晶显示模块进行显示。此外测量数据需要传到上位机进行显示和导出，所以还需要用到蓝牙无线传输模块把测量数据传到安卓上位机。为实现数据短信发送功能，也需用到GSM模块。基本模块框图如图1所示：

图1 基本模块框图

1.2 各模块方案设计

1.2.1 身高测量模块方案选择

采用超声波传感器测距。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波传感器具有测量结果准确、误差较小的优点。故本系统采用此方案，固定H=2m高度的杆，将超声波传感器固定在挡板上，挡板可沿着杆上下滑动，测量时，将挡板滑动到被测量者头顶，此时传感器测得挡板到地面的距离即被测者身高h。

1.2.2 肺活量测量模块方案选择

采用MPX2010压阻式硅压力传感器。该传感器可提供精确的线性电压输出，与施加的压力成正比。传感器通过激光调校实现精确的量程和偏移量校准以及温度补偿，从而可以实现精确地测量肺活量的要求。此方案的实现方法是将气压传感器和已知截面的细管相连，在被测者向管中吹气时，就可通过各时刻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出气体总流量。

1.2.3 A/D转换模块选择

使用16位高速AD转换芯片AD7705。AD7705提供双通道、高分辨率模数转换功能，用Σ-Δ技术实现了16位无丢失代码性能和0.003%的非线性度，广泛用于医疗、精密仪表测量等领域。AD7705的PGA可通过指令设定，对不同幅度的输入信号实现1至128倍的放大，而且其自校正和系统校正功能够有效消除器件本身或系统的增益偏移误差，所以精确度较高准确性好。

1.2.4 LCD液晶显示与射频打卡选择

系统选用LCD12864液晶模块进行显示。射频打卡模块电路使用YL0202模块，

2.软件部分

主要程序流程：

开机时系统各模块进行初始化，用户通过液晶上的提示内容进行选择，首先通过射频打卡模块获得刷卡人的信息，并把信息显示在液晶上，然后通过按键实现对各测量模块的转换，在身高测量时传感器测得数据即为被测者身高。进行体重和肺活量测量时，传感器测量的数据传入AD7705进行模数转换，并把处理后的数据传入单片机进行体重、肺活量和肺活量/体重指数的计算，最后把各个测量结果都传到12864液晶上进行显示，同时利用蓝牙无线传输技术把信息传到上位机上实现在平板上现实的功能，并利用GSM模块把被测者信息以短信的形式发送到指定的手机上。具体程序算法流程图如图2所示。

3.结语

本文通过硬件软件两个方面的讨论，介绍了一个综合多功能体质测量仪的设计方案。该设计系统由单片机、AD7705模数转换模块、12864液晶显示模块、蓝牙模块、GSM模块、射频读卡模块等组成。实现了三种测量与无线蓝牙与GSM传输显示等要求。测量简单且实测读数准确、精度较为可观。

参考文献

[1]金建设.单片机系统及应用[M].北京邮电大学出版社，2009.

[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M].高等教育出版社，2006.