Les types de balances peuvent être divisés en: balances électroniques, balances mécaniques (échelles à pointeur). L'échelle de poids peut également être divisée en une échelle de poids avec une ti
Les types de balances peuvent être divisés en: balances électroniques, balances mécaniques (échelles à pointeur). L'échelle de poids peut également être divisée en une échelle de poids avec une tige de hauteur et une échelle de poids sans tige de hauteur. Il existe également une balance de graisse corporelle, qui est une sorte de balance électronique.En plus de mesurer le poids corporel, elle peut également mesurer la graisse, les calories, les os et l'humidité.
La balance peut peser avec précision le poids d'une personne et, par le biais de changements de poids quotidiens, refléter l'état de contrôle du poids pendant une certaine période de temps. L'échelle de taille et de poids utilise la technologie ultrasonique pour mesurer la hauteur (type non tactile); des capteurs de précision mesurent le poids, qui peuvent afficher simultanément les résultats de la taille et du poids. Les balances de taille et de poids traditionnelles ne peuvent mesurer que le poids ou la taille et ont une seule fonction. Sur la base de cette considération, nous avons conçu une échelle de taille et de poids intéressante pour le corps humain, qui peut utiliser 5 lumières LED pour indiquer la graisse et la minceur du corps, ce qui augmente l'intérêt de l'échelle de taille et de poids. Et l'aspect pratique.
1. Structure intéressante de l'échelle de taille et de poids
L'échelle intéressante de taille et de poids du corps humain est conçue avec un capteur de pression et un capteur à ultrasons, et son diagramme de structure est illustré à la figure 1.
Les échelles intéressantes de taille et de poids du corps humain comprennent: la base de pesée, le module de capteur de pression, le pôle de pesée, le module de capteur à ultrasons, le système minimum à puce unique, cinq voyants lumineux, l'alimentation, le bouton de sélection du sexe, etc. Le pôle de pesée est fixé verticalement sur la base du pèse-personne, le module de capteur de pression et l'alimentation sont installés à l'intérieur de la base du pèse-personne, le bouton de sélection du sexe est installé sur le côté du pôle de pesée, le module de capteur à ultrasons est fixé sur le dessus du pôle de pesée, le module du capteur de pression et Les signaux de tension émis par le module de capteur à ultrasons sont tous envoyés au système minimal à puce unique, et le système minimal à puce unique envoie les résultats du traitement à cinq voyants lumineux pour affichage.
2. Conception du circuit de l'échelle de taille et de poids
La programmation du micro-ordinateur monopuce est simple, le coût est faible, il a une large gamme d'applications dans de nombreux domaines de contrôle. Le circuit système minimum du micro-ordinateur monopuce comprend le micro-ordinateur monopuce, le circuit oscillateur à cristal qui fournit l'horloge, le circuit de réinitialisation utilisé pour l'initialisation et le circuit d'alimentation. Le micro-ordinateur monopuce AT89S5X possède 40 ports et le port P0 est généralement utilisé pour tirer un niveau élevé en connectant l'exclusion. Le micro-ordinateur à une seule puce du système minimal du micro-ordinateur à une seule puce enregistre la relation entre la taille et le poids des hommes et des femmes. Le signal de sortie système minimum du micro-ordinateur à une seule puce contrôle l’allumage de l’un des cinq voyants lumineux.
L'alimentation est une alimentation CC de 5 volts, le pôle positif est connecté aux 40 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système et le pôle négatif est connecté aux 20 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système du micro-ordinateur monopuce. Une extrémité du bouton de sélection de sexe est connectée au pôle négatif de l'alimentation (11) et l'autre extrémité est connectée aux 25 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système du micro-ordinateur monopuce.
L'unité de circuit du corps humain intéressant l'échelle de taille et de poids est représentée sur la figure 3. Le module de capteur de pression comprend un capteur de pression [4-6], un amplificateur et un convertisseur A / D. Le module de capteur de pression est connecté à 4 broches, qui sont l'alimentation Vcc et l'horloge SCK. Sortie de données DT, masse GND, ces 4 broches sont branchées dans l'en-tête de broche et sortent avec des fils conducteurs. Parmi elles, l'alimentation Vcc est connectée aux 40 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système du micro-ordinateur monopuce, et l'horloge SCK est connectée aux 26 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système du micro-ordinateur monopuce. La sortie DT est connectée aux 27 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système, et la masse GND est connectée aux 20 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système.
Le module de capteur à ultrasons est connecté à 4 broches, qui sont l'alimentation VCC, la masse GND, le signal numérique DO et le signal analogique AO. L'alimentation VCC et la masse GND sont respectivement connectées aux pôles positif et négatif de l'alimentation, et le signal analogique de sortie AO est envoyé aux 28 broches du micro-ordinateur monopuce dans la plus petite carte système du micro-ordinateur monopuce, et la broche DO du signal numérique n'est pas connectée.
Les pôles négatifs des cinq voyants LED [7-8] sont connectés en série avec une résistance de 470 ohms, puis connectés aux 20 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système du micro-ordinateur monopuce. L'anode du premier voyant lumineux est reliée aux 39 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système du micro-ordinateur monopuce. Le voyant lumineux (6) émet une lumière rouge lorsqu'il est allumé, indiquant l'obésité. Le pôle positif du deuxième voyant lumineux est connecté à la 38 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système du micro-ordinateur monopuce. Lorsque le deuxième voyant lumineux est allumé, il émet une lumière jaune, indiquant que le poids est lourd. Le pôle positif du troisième voyant lumineux est connecté aux 37 broches du micro-ordinateur monopuce du plus petit système. Lorsque le troisième voyant lumineux est allumé, il émet une lumière verte indiquant que le poids est normal. Le pôle positif du quatrième voyant lumineux est connecté aux 36 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système du micro-ordinateur monopuce. Lorsque le quatrième voyant lumineux est allumé, il émet une lumière bleue, indiquant que le poids est léger. Le pôle positif du cinquième voyant lumineux est connecté aux 35 broches du micro-ordinateur monopuce dans le plus petit système (5) du micro-ordinateur monopuce. Lorsque le cinquième voyant est allumé, il émet une lumière blanche, indiquant que le poids est insuffisant.
3. Conception logicielle de l'échelle de taille et de poids
Lorsque le programme MCU est en cours d'exécution, il lit d'abord les valeurs du module de capteur de pression et du module de capteur à ultrasons, et juge si quelqu'un se trouve sur l'échelle de taille et de poids intéressante en fonction de la valeur du capteur. Lorsque quelqu'un se tient sur l'échelle de taille et de poids intéressante, sélectionnez s'il faut appuyer dessus en fonction du sexe Bouton de sélection du sexe, selon les normes de graisse et de minceur de l'Organisation mondiale de la santé, homme: (taille-80) × 70% = poids standard, femme: (hauteur-70) × 60% = poids standard, où la taille est en centimètres. Le poids standard plus ou moins 10% est le poids normal, le poids standard plus ou moins 10% -20% est en surpoids ou en insuffisance pondérale, et le poids standard plus ou moins 20% est obèse ou insuffisant. Le plus petit système de micro-ordinateur à puce unique est jugé selon les normes de l'Organisation mondiale de la santé Le poids du corps humain est indiqué par l'indicateur de contrôle du résultat de sortie. Lorsque le système minimum du micro-ordinateur monopuce juge que la personne est sortie de l'échelle intéressante de taille et de poids, tous les indicateurs s'éteignent et les valeurs du module capteur de pression et du module capteur ultrasonique sont relues.
L'échelle intéressante de taille et de poids du corps humain est conçue en utilisant le plus petit système de micro-ordinateur à puce unique, un module de capteur de pression, un module de capteur à ultrasons, une lumière LED et d'autres appareils. Les signaux émis par le module de capteur de pression et le module de capteur à ultrasons sont envoyés au système minimum à puce unique pour traitement afin d'obtenir les données de poids corporel et de taille. Le bouton de sélection du sexe est conçu de manière innovante. En fonction du sexe du testeur, le fait d'appuyer sur le bouton de sélection de sexe est sélectionné en fonction du pré-programme du micro-ordinateur à puce unique. La graisse corporelle stockée et les normes minces stipulées par l'Organisation mondiale de la santé déterminent le degré de graisse corporelle et la minceur. Le plus petit système du micro-ordinateur à puce unique utilise les résultats du traitement pour contrôler cinq voyants lumineux pour l'affichage gras et mince.
Quatrièmement, la conception de la balance intelligente
1. Introduction aux balances intelligentes basées sur la technologie IoT
La balance actuelle n'a que la fonction de peser et ne peut pas stocker ces données, ni donner une tendance au changement de poids, encore moins donner un rappel lorsque l'utilisateur est en surpoids.
L'enregistrement de la tendance du changement de poids et le rappel à l'utilisateur en envoyant des messages texte lorsque le poids dépasse un certain seuil est une méthode auxiliaire efficace pour les personnes qui contrôlent le poids. Surtout pour les bébés en développement et les personnes dont les conditions physiques telles que l'hypertension artérielle et l'hyperglycémie sont étroitement liées à leur poids, cette fonction peut non seulement aider les médecins à comprendre la tendance au changement de poids du patient, mais également aider les utilisateurs à comprendre les changements de leur maladie physique. Et des dossiers, afin de fournir une base pour les futurs plans nutritionnels, et d'améliorer la rationalité, la pertinence et la science des activités de fitness. De plus, en enregistrant les données de changement de poids de la majorité des utilisateurs et en effectuant des analyses de big data, il est possible de comprendre l'état nutritionnel de la population chinoise, le niveau de développement de la vie, la relation entre le poids et la maladie et d'autres indicateurs.
Avec l'amélioration du niveau de vie des gens, la recherche de la santé des gens est de plus en plus élevée; avec le développement de la technologie Internet mobile Big Data de l'Internet des objets et son application dans diverses industries, l'application de la collecte de données via l'Internet des objets et de leur envoi à la plate-forme de big data pour analyse De plus en plus de modèles.
Sur la base de la balance de poids existante, de nouvelles fonctions ont été ajoutées et la balance traditionnelle a été transformée pour avoir la fonction de transmission sans fil. C'est-à-dire que lorsque l'utilisateur a fini de peser, appuyez sur le bouton et la valeur de poids sera transmise à la plate-forme de réception via le dispositif de transmission sans fil. La plate-forme de réception stockera les données reçues et analysera les données. Si les données dépassent le seuil prédéfini, elle enverra un message texte à l'utilisateur via la passerelle SMS pendant l'heure du repas pour rappeler à l'utilisateur de faire attention au régime, afin d'aider l'utilisateur à surveiller son propre poids. Le but du contrôle. De plus, vous pouvez également enregistrer la valeur de poids et générer une courbe de changement de poids.
2. Architecture de solution à échelle intelligente
La conception de la balance intelligente basée sur la technologie de l'Internet des objets comprend: le corps principal de la balance, le serveur de communication, le serveur de base de données, le serveur Web et l'application de terminal mobile. Le serveur de communication, le serveur de base de données et le serveur Web constituent ensemble le serveur principal du système de gestion de poids. L'application de terminal mobile est installée sur le smartphone et connectée au système de gestion du poids via le réseau mobile. Le schéma de principe du système est illustré à la Fig.1.
(1) Le corps principal de la balance: en plus de la fonction de pesage de la balance ordinaire, la balance dispose également d'un module de communication sans fil, qui a pour fonction d'envoyer des données au réseau externe via la technologie de communication sans fil. Étant donné que chaque balance d'une famille peut être utilisée par plusieurs personnes, plusieurs boutons sont conçus lors de la conception de la balance et chaque bouton correspond à une personne. Chaque échelle a un SN globalement unique, qui est utilisé pour distinguer différentes échelles. SN plus le numéro de bouton est utilisé pour identifier un utilisateur de manière unique. Dans le protocole de transmission de données, les données de numéro de SN et de bouton doivent être clairement envoyées au serveur de communication via le protocole TCP. Chaque balance est un client TCP. Grâce à une connexion réseau sans fil, accédez au serveur de communication avec une adresse IP fixe. SN, le numéro de bouton et les données de poids constituent un paquet de données à envoyer en même temps. Chaque fois que vous pesez un surpoids, la balance a un processus d'établissement d'une connexion, d'envoi de données et de déconnexion.
(2) Serveur de communication: La fonction principale du serveur de communication est d'agir comme côté serveur de la connexion TCP. Le programme du serveur de communication accepte la connexion de la balance, analyse les données, obtient le SN de la balance, le numéro de bouton et la valeur de poids, et écrit les informations dans la base de données. Lorsque le nombre d'appareils est important, la pression sur le serveur de communication est relativement élevée. Pour cette raison, le serveur de communication utilise une connexion asynchrone pour recevoir les données de la balance. Dans le développement réel, il s'avère qu'en raison du phénomène de fausse connexion se produit parfois dans la connexion sans fil, c'est-à-dire que l'appareil a été déconnecté, mais l'instabilité de la connexion sans fil créera l'illusion que la connexion côté serveur est toujours maintenue et ne sera pas déconnectée d'elle-même. Laissez tomber. L'inconvénient de ce phénomène de fausse connexion est que lorsque le programme de communication s'exécute trop longtemps, le nombre total de connexions dépassera le nombre maximum de connexions que le serveur peut recevoir et de nouveaux appareils ne peuvent pas être connectés. Afin d'éviter ce phénomène, l'heure d'envoi des données de chaque connexion peut être surveillée. S'il s'avère qu'aucune donnée n'est envoyée ou reçue dans Qmin, le programme côté serveur se déconnecte activement.
Une autre fonction du serveur de communication est d'écrire des données dans la base de données. Lorsque le nombre de périphériques est important, la pression d'accès simultané est élevée. Afin de réduire la pression sur la base de données, deux mesures sont prises: l'une consiste à utiliser le mécanisme de pool de connexions à la base de données; l'autre consiste à stocker les données en moins d'une minute dans la mémoire en premier. Après 1 minute, ils seront écrits dans la base de données. Cela réduit considérablement la pression d'accès à la base de données.
(3) Serveur de base de données: Le serveur de base de données adopte la base de données MongoDB. MongoDB est une base de données de stockage de documents distribuée haute performance, open source et sans schéma, écrite en langage C ++. Elle vise à fournir une solution de stockage de données évolutive et haute performance pour les applications Web. C'est un type populaire de base de données Nosql. Il peut être utilisé pour remplacer les bases de données relationnelles traditionnelles ou le stockage clé / valeur dans de nombreux scénarios. MongoDB est un produit entre les bases de données relationnelles et non relationnelles. C'est la base de données relationnelle la plus polyvalente et la plus similaire parmi les bases de données non relationnelles. La structure de données qu'il prend en charge est très lâche et il s'agit d'un format bjson similaire à json, il peut donc stocker des types de données plus complexes. Sa principale caractéristique est que le langage de requête pris en charge est très puissant et que sa syntaxe est un peu similaire au langage de requête orienté objet, qui peut presque réaliser la plupart des fonctions similaires aux requêtes à table unique dans les bases de données relationnelles, et il prend également en charge l'indexation des données. Il présente les caractéristiques suivantes: hautes performances, déploiement facile, utilisation facile et stockage de données très pratique. Et MongoDB peut être utilisé comme source de données et base de données de destination de stockage de données de Hadoop MapReduce via le connecteur, qui jette les bases de l'analyse de Big Data à l'avenir.
(4) Serveur Web: Le serveur Web fournit un programme d'architecture B / S, qui est utilisé pour aider les utilisateurs à accéder à leurs propres données de poids à partir du PC ou du téléphone portable, afficher la courbe de changement de poids, et en fonction du seuil de poids rempli à l'avance par l'utilisateur, lorsque le poids dépasse le seuil À ce moment-là, la passerelle SMS enverra des SMS pour rappeler aux utilisateurs de faire attention au régime alimentaire.
3. Conception matérielle de la balance intelligente
L'amélioration des balances traditionnelles et la conception d'une balance à faible coût et de faible puissance avec fonction de transmission sans fil est un autre point clé.
(1) Module matériel de balance de poids: l'appareil est alimenté par batterie, peut collecter des données du capteur de gravité via A / D, traiter les informations d'origine obtenues selon un certain algorithme et afficher la valeur de l'échantillon actuellement collectée via l'écran LCD. Les utilisateurs peuvent interagir avec les nœuds via des opérations clés et télécharger des données sur la plate-forme. Connectez le module de communication sans fil GPRS via le port série. Le module peut transmettre les données collectées à une plateforme distante. En utilisant un processeur MSP430 basse consommation, la batterie est divisée en 3 façons d'alimenter le capteur de gravité, le processeur, l'écran et le module sans fil. Cela peut atteindre l'objectif d'économiser de l'énergie.
(2) Conception matérielle basse consommation: La conception matérielle est divisée en trois parties en fonction de la fonction et des besoins de la conception basse consommation. Le centre de sa conception est la conception à faible consommation d'énergie. La première partie est la conception du circuit du capteur. Le circuit du capteur amplifie et remodèle le signal analogique d'origine pour faciliter l'acquisition A / N du MCU; la deuxième partie est la conception du circuit numérique et de l'interface homme-machine, y compris l'acquisition A / N, les données LCD en temps réel et Affichage de l'état et données en temps réel et état envoyés au module sans fil; la troisième partie est la conception de l'application du module sans fil, principalement l'alimentation du module sans fil et la conception de l'interface de données. La technologie clé de la conception matérielle basse consommation est la division de l'alimentation, l'isolation, la faible consommation d'énergie et d'autres technologies.
