简易综合体质测量仪教材.doc

diB0 简易 ####### ###### ############## 简易系统方案 图1系统结构图 根据题目要求，我们从以下四部分进行方案论证与选择 1.1主控芯片 方案一：采用AT89S52单片机进行控制，优点是结构简单，操作方便，成本低廉，但是处理速度慢，内置模块少，I/O口少串口少，硬件误差过大，难于满足指标要求。 方案二：采用FPGA做主控芯片进行控制，优点是FPGA运行速度快，管脚多，容易实现大规模系统，内部程序并行运行，有处理更复杂功能的能力，但是操作复杂，要求具备较高的能力，且制作简易体质测量仪，成本高，会资源浪费。 方案三：采用TI公司的MSP430F149单片机（引脚图见附录图1）进行控制，优点是430系列单片机电压低，功耗低,3.3V供电，16位，运行速度快，内置硬件乘法器，乘除法运算都为单周期指令，片内集成资源丰富，有两组普通I\O口具有中断功能，两个串口可以较好地满足题目要求。 综上选择方案三。 1.2身高测量模块 方案一：使用超声波测距。将超声波发射模块固定在垂直高度2米处，向下垂直发射超声波，计算高度。 方案二：使用红外对管测距。在身高测量仪左右两侧放置两个用步进电机同步驱动的滑轮传送系统，红外对管分别固定在两侧的传送带上，对管随传送带自下而上移动，检测是否有障碍物，直至无障碍物时根据滑轮转速得到传送距离进而得出身高。相对丝杠优点成本低，缺点转速准确度低，可重复性差，误差包括头发长度。 方案三：使用步进电机带动丝杠上下移动测距。将步进电机固定在两米高处，步进电机转动带动丝杠上下移动，挡板下移至头顶后，得到移动距离，得到身高。 综合三种方案，方案三可以排除头发长度的误差，测量结果较准确，采用方案三。 1.3肺活量测试模块 方案一：排水法测肺活量。通过霍尔元件来检测肺活量数值。优点是制作简单，成本低，缺点是精度较低。 方案二：流量传感器测肺活量。流量传感器检测被测人吹出的气体流量，得到肺活量值。优点是精度高，操作方便，缺点是成本高。 方案三：压力传感器测肺活量。检测吹气时压力值，根据气体压力与流速的关系，进而计算出气体流量。优点是精度较高，成本较低，缺点是操作复杂。 综合成本和精确度各方面，选择方案三。 1.4无线传输模块 方案一:红外线数据传输(IrDA)。IrDA无需申请频率的使用权，成本低廉，功耗低、连接方便、简单易用,而且红外线发射角度较小，传输上安全性高。但是它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2台(非多台)设备之间的连接。 方案二：无线局域网802.11(Wi-Fi)。Wi-Fi属于短距离无线通信技术,速率最高可达11Mb/s。电波的覆盖范围可达100 m左右,但在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，且需要网络覆盖，局限性较大。 方案三：蓝牙(Bluetooth)。蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。 综合考虑安全性和可移动性，便捷性选择方案三。 2理论分析与计算 图2压力传感器拟合曲线 3电路与程序设计 图3放大电路与A/D转换电路 3.4肺活量测量电路设计 MPX10DP作为传感器，传出信号经过AD620（见附录图4）放大，进入430内部的A/D转换，得到数字量进行处理即可 3.5程序设计 整体流程，如图4 图4 程序流程 4测试方案测试结果 图6 平板电脑显示，短信发送 5结论 本设计利用MSP430单片机做主控系统，完成基本要求和发挥部分，制作出相对智能与人性化的简易综合体质测量仪，达到各项指标，发挥部分还增加了BMI指标测试，同时用发光二极管指示个人体重指标。 参考文献 [1]施保华，赵娟，田裕康.MSP430单片机入门与提高[M].武汉：华中科技大学出版社，2013,7 [2]王洪君.单片机原理及应用[M].济南：山东大学出版社，2009.2 [3]赵秋孔英梁锁柱基于ATmega的肺活量测试仪 附录： 图1 图1 MSP430F249引脚图 图2 图2压力传感器拟合曲线 图3 图3放大电路与A/D转换电路 图4 图4AD620电路图 图5 图5平板电脑显示 图6 图6 短信发送 表1 表1肺活量体重指数评分标准 表2 表2 体重指标中国标准 中国标准 18.5 18.5-23.9 =24 24-27.9 =28 偏瘦 正常