簡易綜合體質測量儀探討

趙娟 張子康 郭建國

摘要：簡易綜合體質測量儀以51單片機（STC89C52RC）為控制系統(tǒng)核心，使用RC522射頻模塊讀取校園卡信息；通過稱重壓力傳感器檢測壓力變化經(jīng)計算得到體重；用超聲波測距模塊檢測與人體頭部之間的距離計算得到人體身高；通過肺活量傳感器測量人體肺活量數(shù)據(jù)，最后通過與標準值比較判斷出人體綜合體質是否合格。

關鍵詞：體質測量儀；控制系統(tǒng)；射頻模塊；超聲波模塊；壓力傳感器；肺活量傳感器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH776 文章編號：1009-2374（2016）10-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.030

近年來，體質健康問題越來越被人們關注，做體質檢測的人也越來越多。本文研究一種簡易的綜合體質測量儀器，可幫助人們隨時了解自己的體質健康狀況。本儀器基于51單片機控制，可測量人體的身高、體重、肺活量，并將測試結果通過液晶顯示屏顯示出來，還可無線傳輸?shù)诫娔X上或以短信形式發(fā)送到手機上，自動記錄每次體質測量的結果。

1 設計方案

以51單片機作為控制系統(tǒng)核心進行模塊控制和數(shù)據(jù)處理，分別采用超聲波模塊、稱重壓力傳感器、肺活量傳感器對人體的身高、體重、肺活量進行測量。通過WiFi模塊進行無線數(shù)據(jù)傳輸，GSM模塊用于短信發(fā)送，使用RC522射頻模塊讀取校園卡信息記錄不同人的測量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)總體設計如圖1所示：

1.1 控制系統(tǒng)模塊

本儀器采用宏晶公司的STC89C52單片機作為系統(tǒng)的控制器。STC89C52單片機操作簡單、自由度大、成本低，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理和對電路的控制功能，被廣泛應用于各個領域。

以51單片機為控制系統(tǒng)核心，通過I/O口、串口、IIC總線等與各模塊電路進行數(shù)據(jù)傳輸與命令發(fā)送，從而完成對全局電路的控制?？刂葡到y(tǒng)電路圖如圖2所示。

1.2 刷卡模塊

使用RC522射頻模塊讀取卡號信息。進行體質測量的人可刷卡后開始測量，系統(tǒng)會根據(jù)讀取的卡號建立相應的數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)記錄，方便使用者掌握自己體質的變化情況。

1.3 距離檢測模塊

采用超聲波測距模塊。超聲波測距模塊具有傳輸距離遠、指向性強、精度高的特性，被廣泛用于距離測量。

超聲波測距的基本方法是TOF（Time of Flight）渡越時間檢測法。測量原理：超聲模塊受到單片機發(fā)出的脈沖信號激勵后，發(fā)射超聲波，同時啟動計時器。超聲波遇到物體后被反射，超聲模塊接收到反射回來的波后停止計時，根據(jù)發(fā)射與接收的時間差和超聲波傳播速度可以計算出與被測物體的距離。計算公式為：d=c×t/2。式中：d為被測物距離；c為超聲波傳播速度；t為時間差。測量身高時將超聲波測距模塊固定在距地面h處，用h減去d即得到身高。

1.4 稱重模塊

稱重模塊采用懸臂梁稱重壓力傳感器。傳感器采用強度較高的金屬材料制作，表面裝有電阻應變片，當受到外界壓力時會產(chǎn)生變形，電阻應變片電阻值發(fā)生變化，進而改變輸出電壓，將輸出電壓通過HX711運算放大器放大處理后采集計算即可得到重量信息。稱重壓力傳感器電路圖如圖4所示：

1.5 肺活量檢測模塊

肺活量檢測模塊采用MPX2010DP肺活量傳感器。肺活量傳感器為壓阻式硅壓力傳感器，傳感器在每個芯片上集成了應變片和薄膜電阻網(wǎng)絡。傳感器通過激光調(diào)校實現(xiàn)精確的量程和偏移量校準以及溫度補償，可提供精確的線性電壓輸出，與施加的壓力成正比。對著肺活量傳感器吹氣，增大了傳感器內(nèi)部的壓強，改變了電阻阻值，使得輸出的電壓變大，將輸出的電壓放大處理后即可計算出肺活量大小。肺活量傳感器電路圖如圖5所示：

1.6 無線傳輸模塊

使用WiFi模塊作為無線傳輸模塊。WiFi（Wireless Fidelity）是類似于ZigBee的一種WLAN的技術標準，是一種短程無線傳輸技術，能夠在數(shù)百米范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號。利用其數(shù)據(jù)無線傳輸功能可將被測數(shù)據(jù)和刷卡信息無線傳輸?shù)狡桨咫娔X上。WiFi模塊電路圖如圖6所示：

1.7 短信發(fā)送模塊

短信發(fā)送模塊采用GSM模塊。GSM模塊是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功能模塊。GSM模塊具有發(fā)送SMS短信、語音通話、GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)然贕SM網(wǎng)絡進行通信的所有基本功能。利用其數(shù)據(jù)短信發(fā)送功能，可將個人體質指標等信息發(fā)送到指定手機上。

1.8 顯示模塊

本系統(tǒng)需顯示卡號、身高、體重、肺活量等信息，內(nèi)容包括漢字、字母、數(shù)字等。12864液晶屏自帶中文字庫，能夠顯示漢字、數(shù)字、字母等信息，屏幕寬大、顯示信息量大、字跡清晰，故用作顯示模塊。

2 程序設計

2.1 程序設計思路

使用Visual C++ 6.0編程軟件進行C語言編程，先對各個模塊單獨進行編程，測試完成功能后進行模塊化處理，最后將各模塊進行整合處理，得到完整的程序。

2.2 程序流程圖

程序流程圖如圖7所示。

3 測試方案與結果

3.1 測試儀器

測試儀器如表1所示：

3.2 測試方案與條件

根據(jù)設計要求，擬定測試方案。依次測試射頻模塊、超聲波測距模塊、稱重壓力傳感器、肺活量傳感器是否正常，多次測量，并將所測數(shù)據(jù)與標準值進行比較，計算誤差率。另外，進行無線傳輸和短信發(fā)送實驗，檢測無線模塊是否可以完成指定功能。

3.3 測試結果

3.3.1 身高測試結果：

3.4 結果分析

從測試結果來看，存在一定的誤差，但誤差均在允許范圍之內(nèi)，滿足測量精度要求。各模塊運行均正常，完成了相應功能。

4 結語

簡易綜合體質測量儀可完成讀取校園卡信息，精確測量身高、體重、肺活量等功能，并自動計算判別體質是否合格。另外，可將所測數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)诫娔X中并以短信形式將體質指標發(fā)送到個人手機上，具有很好的應用前景。

參考文獻

[1] 張海鷹，高艷麗.超聲波測距技術研究[J].儀表技術，2011，（9）.

[2] 曾強.WIFI無線傳感器網(wǎng)絡的設計與實現(xiàn)[D].中北大學，2012.

作者簡介：趙娟（1980-），女，山東濱州人，濱州學院電氣工程系講師，碩士，研究方向：電氣工程。

（責任編輯：蔣建華）