大学生创新实验计划项目申报书

1、附件1 大学生创新性实验计划项目申报书项目名称:美容体重测量仪项目负责人:兰加同学院专业年级:电子信息科学与技术联系电话:150*指导教师:杨增宝指导教师所在学院:物电学院指导教师联系电话: 159*教务处制填表日期:2011年9月24日填表须知一、项目申请书要按照长江师范学院大学生创新性实验计划项目管理暂行办法和当年度“大学生创新性实验计划”项目申报通知的相关要求,逐项认真填写,填写内容必须实事求是,表达明确严谨,可另行附页。二、格式要求:表格中的正文字体应为小四号宋体,22磅行距;需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用A4纸双面打印,于左侧装订成册。三、项目申请表由项目负责人填写,

2、经学院评审汇总后统一上报教务处,教务处组织“大学生创新性实验计划”专家指导委员评审确定。四、项目成员(学生不超过五人。五、项目申请表填写内容应言简意赅,思路清晰,论证充分,字迹清楚。六、申报书以学院为单位上交,纸质材料一式三份,电子文档传教务处实践教学科。七、如填表有不明事宜,请致电教务处实践教学科(72792282。 附页:作品创意书一、摘要该美容体重测量仪具有长时间存储和曲线显示被测者体重数据的功能,使用者还可以根据需要,调用以往的体重数据与最近一次测量数据进行比较,最后系统会按减肥效果提示相应的温馨话语。除此之外,它同样具有普通电子秤的低功耗、高精度、操作方便的优点。本设计是通过压力传感

3、器对被测者的体重数据进行采集,利用A/D转换器使其转换成数字信号,然后送单片机进行分析,最后在彩屏上显示测量时间(由时钟芯片记录和被测者体重数据,并根据使用者的需要对测量数据作记录。关键词:单片机;时钟芯片;彩屏显示;压力传感器;A/D转换器,18b20温度传感器,语音芯片;二、作品介绍随着现代化生活水平的不断提高,肥胖逐渐困扰着各年龄阶段的人群,这促使减肥成为一种趋势。设想有这样一种仪器:它能够每天帮助人们记录并比较体重,方便他们时刻观察自己的体重变化,通过增强减肥的监督力度,以一种人性化方式来关心偏胖者,这将使他们漫长的减肥之路更加自信。基于此种构想,我们团队设计出了这种人性化、实时检测和

4、记录消费者体重信息的测量仪。作品的创新点在于它能记录测量者每天的体重并保存,方便他们随时提取各时段的体重数据并通过单片机自动处理以一种图形化的方式显示体重变化趋势,让消费者得到一个清楚直观的减肥效果。通过调查发现,现在市场上广泛使用的电子秤主要用于超市、市场中商品的测量,而测量体重的电子秤几乎都不具有记录的功能,并且都还存在一定的局限性。我们的作品则主要为家庭和个人健身而设计,用于健康体重指标的评测。本作品设计的新型体重测量仪是以51/AVR系列单片机为核心部件的检测系统,它主要由压力传感器、微控制器、外部存储、彩屏显示器、键盘、时钟芯片等组成的。最终通过编程将各模块进行组合以实现系统的数据采

5、集、判断、分析、保存、处理、运算,并将结果显示在彩屏上。三、工作原理(一、控制器部分本系统基于51/AVR系列单片机来实现,因为系统需要控制液晶显示,还需要键盘输入,所以不宜采用大规模的CPLD、FPGA可编程逻辑器件来实现。51/AVR系列单片机内部带有8KB的ROM和256x8Byte的EEPROM,此外还扩展了2kbit的外部存储以满足系统的控制和存储需求。(二、数据采集部分1 、压力传感器由于人的体重一般不会超过150kg,选择最大量程为150kg的ZC-A6压力传感器已经能够满足要求。综合误差约为0.02%F.S,灵敏度为2±0.1mv/v,非线性为0.02%F.S可以满足

6、系统的精度要求。其原理如下图所示。 2、前级放大器部分压力传感器输出的电压信号为毫伏级,所以对运算放大器要求很高。具体方案:高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。差动放大器具有高输入阻抗,增益高的特点,可以利用普通运放 ( 如 OP07 做成一个差动放大器。 电阻 R1 、 R2 电容 C1 、 C2 、 C3 、 C4 用于滤除前级的噪声, C1 、 C3 为普通小电容,可以滤除高频干扰, C2 、 C4 为大的电解电容,主要用于滤除低频噪声。优点:输入级加入射随放大器,增大了输入阻抗,中间级为差动放大电路,滑动变阻器 R9 可以调节输出零点,最后一级可以用于微调放大倍数,使输出满足满量程要

7、求。输出级为反向放大器,所以输出电阻不是很大,比较符合应用要求。3、 A/D 转换器与DS1302时钟芯片由上面对传感器量程和精度的分析可知: A/D 转换器误差应在0.02%以下,12 位 A/D 精度:150Kg/4096=36.62g ,14 位 A/D 精度:150Kg/16384=9.1g。考虑到其他部分所带来的干扰 ,以及我们要求精确到0.01kg,12 位 A/D 无法满足系统精度要求。所以我们需要选择 14位或者精度更高的A/D。具体方案:选择A/D转换器HX711,它是一款专为高精度电子秤设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比,该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振

8、荡器等其它同类型芯片所需的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。以上优点将降低电子秤的整机成本,提高电子秤的整机性能和可靠性。DS1302内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息,每天的天数和闰年的天数可自动调整,时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。 相应电路4、 DS18B20温度传感器DS18B20具有独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯,测温范围-55摄氏度到125摄氏度,支持多点组网功

9、能,在使用是不需要任何外围元件,测量结果以9-12位数字量方式串行传送。 温度传感器设计电路5、AT24C02存储器AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM,内部含有256个8位字节,CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作,有一个专门的写保护功能。 AT24C02应用电路(三、人机交互界面键盘输入: 该4X4键盘可以很好的实现功能的选择及数据的调用。比如需要提取体重作比较时,选择相应的功能菜单输入12/20/2010按确认键,系统就会调出这一天的体重数据和最近一次体重数据比较,把比较结果

10、显示在彩屏上。需要显示曲线图时,选择相应的功能菜单输入日期按确认键,系统就会显示体重变化趋势。显示输出:由于我们需要对用户的测量结果进行文字显示,并且无需太大屏幕,点阵式128 × 64 液晶显示屏能够达到设计要求。四、作品功能、特色本产品主要有以下功能和特色:1.测量后用户可以自主选择是否存储测量数据。并且记录保存每天的平均体重到外部数据存储器。2.本产品可以长期保存用户体重测量数据。3.用户可以调用以往任何一天的数据进行比较。4.曲线图显示使用者在一段时间内的体重变化。5.我们设计了温馨提示,以鼓励用户坚持减肥。6.本作品造价低,性能高,可扩展性强,具有很大的发展空间和市场竞争力

11、。五、作品结构 通过调理电路放大压力传感器的输出电压,将放大信号通过A/D转换器转换为数字信号提供给单片机。单片机处理数据后,在彩屏上显示体重的测量值。键盘可以输入具体某一日期以实现体重的比较或调出某段时间的体重变化趋势图等功能。(二、软件部分由于涉及到较多的数据的运算,采用C语言编程,可以大大缩短了开发时间,且程序可读性非常好。程序中对 A/D转换器采入的数据进行了数字滤波,进一步减小A/D转换器读入数据的误差。而键盘控制采用中断方式,加快了程序的执行效率,可以很好的实现预期的功能。开始 初始化 EEPROM 提示日期 00:00:00？ 开外部中断 定时器中断 N Y 存入外部 扩展存储器

12、 检测>4s？ N Y 读 A/D 转换数据 采样值>0.01kg? N Y 显示 是否保存？ N Y 15 意义： 随着现代化物质生活水平的不断提高， 肥胖逐渐困扰着各年龄阶段的人群， 减肥成为当代社会人群一种 趋势，这也是当代人们迫切需要和急需解决的现实问题。设想有这样一种仪器：它能够实时记录人们体 重并分析比较最近本人体重变化的情况， 方便他们时刻观察自己的体重变化， 通过增强减肥的监督力度， 让现代人们的身体更加健康和美观，体重减轻从人体内部来改变外形，达到美容的目的，这将是一个人 们所期待的产品。 趋势： 根据研究的意义，我们团队设计了这种人性化、实时检测和记录消费者体重信息的测量仪。美容体重测 量仪能记录测量者每天的体重并保存， 方便他们随时提取各时段的体重数据并通过单片机自动处理以一 种图形化的方式显示体重变化趋势，让消费者得到一个清楚直观的减肥效果，显示更加人性化。通过我 们的调查发现，现在市场上广泛使用的电子秤主要用于超市、市场中商品的