基于ATmega16智能人体电子称设计

摘要： 本设计由电源模块、数据采集、数据处理和数据显示四大部分组成，实现人体电子称的基本功能。由压力传感器、温度传感器组成的数据采集部分将所得的压力和温度数据送ATmega16单片机处理，然后将处理后的数据显示在液晶显示器上。

关键词： ATmega16单片机；数字温度传感器；仪用放大器；液晶显示

中图分类号：U469.75文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0320059－01

0 引言

随着现代人的生活质量不断提高，在满足了衣食住行的需要以后，更加注重身体保健和合理饮食，以及保持健康的体形。随时关注自己体重的变化调配饮食，不仅对青年女性需要，对中年老年等各层次的男女人群都是非常需要和必要的。低成本、高智能化的智能人体电子秤无疑具有极其广阔的市场前景，具有较大的研究意义。

1 系统设计方案

1.1 系统结构。系统主要由电源模块、数据采集、数据处理和数据显示四大部分组成。由压力传感器、温度传感器组成的数据采集部分将所得的压力和温度数据送ATmega16单片机处理，然后将处理所得的体重和温度数据显示在液晶显示器上。

1.2 ATmega16单片机控制器。ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16具有16K字节的系统内可编程Flash，512字节EEPROM，1K 字节SRAM；32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程；三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器，片内/外中断；可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口；8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC；具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

1.3 压力传感器。1）压力传感器原理简介。电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片把机械应变信号转换为R/R后，采用惠更斯电桥转换电路把应变片的R/R变化转换成电压或电流变化。2）压力信号前级滤波放大电路。压力信号前级电路是称重系统的重要组成部分，对系统的精度有很大影响。由于压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器精度要求很高。采用普通运算放大器组成的放大电路不能满足精度要求。这里采用差动输入，高共模抑制比，高差模输入阻抗，高增益，高精度精度且外部接口简单INA126仪用运算放大器，对压力传感器信号进行放大。

1.4 数字温度传感器DS18B20。DS18B20是Dallas 半导体公司发明的支持“一线总线”接口的温度传感器，其分辨率为9-12位，可根据需要通过程序设定精度；测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度可达±0.5℃。由于现场温度测量结果以9-12位数字量方式串行（“一线总线”）传送，不仅大大提高了系统的抗干扰性，而且简化了电路，在使用中不需要任何元件。同时，DS18B20支持3V-5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。

1.5 电源模块。电源部分也是系统的重要组成部分之一，其能否提供稳定而准确的电源关系到系统设计的成败。系统需要多种电源，采用12V直流电源供电，可以通过稳压芯片转换为其他电压值为电路各部分供电。首先12V经过三端稳压集成电路78L05后输出5V电路工作电压，同时又经过LM2575稳压电路后输出-5V为仪用放大器INA126提供负工作电压，经过AMS1117稳压器输出1.5V电压为单片机内ADC提供转换参考电压，它对ADC的转换精度有很大影响，所以必须保证精确稳定。

2 系统软件设计

按照硬件电路设计，采用C 语言编程。系统软件主要分为体重采集与处理子程序、温度采集与处理子程序、LCD液晶显示程序、体重存储子程序四个部分。主程序是为了协调各个环节的工作，硬件初始化包括端口初始化、T0初始化、T1初始化、外部中断初始化。体重测量数据通过A/D转换读取。温度转换是通过1线协议来控制和访问DS18B20读取温度数据。体重的存储由外部中断实现，包括T0溢出中断、T1溢出中断和外部中断INT2。其主程序流程如下图所示：

3 结论

本设计的创新之处有以下几个方面：1）选用内含8路10位ADC的ATmega16单片机为控制核心，大大简化了电路，节约了设计成本；2）能够存储并通过按键调出以前所测的体重，以便和当前体重比较，判断一段时间内体重升高或下降；3）应用了单总线数字温度传感器DS18B20，能够准确的测量和实时显示当前环境温度，简单而实用；4）系统操作简单方便，能够实现人机互动，用户界面友好。

参考文献：

[1]秦伟，基于STC89C51 RC电子称设计[J].电脑知识与技术，第5卷第31期.

[2]张军、宋涛，AVR单片机实用C语言程序设计实例精粹，北京：电子工业出版社，2009.1.

[3]孙余凯、吴鸣山、项绮明，集成运算放大器实用电路识图，北京：电子工业版社，2008.

[4]吴健，AVR单片机实用C语言程序设计与典型实例，北京：中国电力出版社，2008.