基于单片机的智能信息存储体重秤设计与远程监控

1. 系统功能概述

本系统是一款集体重检测、体温测量、数据存储、远程通信及智能报警于一体的多功能智能体重秤。系统以单片机为核心控制单元，利用高精度称重传感器模块HX711实现体重的精准采集，并结合体温检测电路实现人体体温监测。系统不仅能够实时显示体重与体温信息，还能自动存储三组历史测量数据，方便用户随时查询。同时，通过WiFi模块实现与手机或远程终端的数据交互，用户可远程查看体重数据、设定阈值或监测异常状态。

系统具备以下主要功能：

1. 精准体重测量：采用HX711与测重电桥模块，实现毫克级精度的体重采集，确保测量稳定可靠。
2. 体温检测功能：内置高精度温度传感器，实时检测人体体温。
3. 历史数据存储与查询：系统可存储三组测量数据（体重+体温），可循环覆盖并支持按键查询。
4. 阈值设定与报警机制：用户可通过按键或远程指令设定体重上限阈值，当检测结果超限时，蜂鸣器立即报警。
5. WiFi远程通信：通过ESP8266 WiFi模块与手机APP或电脑端通信，实现体重数据的上传与阈值远程修改。
6. LCD信息显示：采用LCD1602液晶屏实时显示体重、体温、存储信息及报警状态，使系统操作直观可视。

该系统融合了传感器测量、数据存储、无线通信与人机交互等多项技术，能够满足智能健康监测设备的应用需求。

2. 系统电路设计

整个系统以单片机为控制核心，外围电路包括HX711称重传感器模块、体温测量模块、LCD显示模块、WiFi通信模块、按键输入模块、蜂鸣器报警模块及电源稳压模块。系统结构清晰，各模块功能相互独立又相互协作。

2.1 主控单片机模块

本系统采用 STC89C52 单片机 作为主控芯片。该芯片是经典的MCS-51内核单片机，具有足够的I/O口资源和中断处理能力，能够满足称重、体温检测、WiFi通信与LCD显示等多任务需求。

其主要功能包括：

• 控制HX711数据采集与转换；
• 管理体温测量模块数据；
• 实现数据存储与读取；
• 控制LCD显示输出；
• 与WiFi模块进行串口通信，实现远程监控；
• 处理用户按键输入与报警逻辑。

系统中单片机采用外部晶振12MHz工作频率，使用5V直流供电。

2.2 称重检测模块

体重检测模块由 称重传感器 + HX711模数转换芯片 组成。称重传感器是一种电阻应变式传感器，通过测重电桥输出与重量成比例的微小电压信号。HX711是一款24位高精度A/D转换器，专为电子秤设计，具有高分辨率和低噪声特性。

HX711通过两线制接口（DT与SCK）与单片机通信，采用时序方式读取重量数据。系统上电后，单片机首先进行零点校准，然后实时采集体重数据并进行滤波与换算处理。

2.3 体温检测模块

体温检测模块采用 DS18B20 数字温度传感器。该传感器支持单总线通信，具有高精度、响应快和数字输出等特点。DS18B20输出温度数据范围为-55℃_{125℃，分辨率可选9}12位。

单片机通过单总线方式读取体温数据，将测量结果与体重信息一同显示在LCD上。系统还可根据需要在WiFi上传输时附加体温数据，实现更完整的健康监测。

2.4 数据存储模块

系统内存储三组最新的体重与体温数据，采用 EEPROM（如AT24C02） 实现掉电保存。单片机通过I2C总线与EEPROM通信，每次测量完成后将数据写入EEPROM指定地址。

用户可通过按键进行“历史记录查询”，LCD显示最近三组数据，实现数据可追溯。

2.5 LCD显示模块

系统选用 LCD1602 液晶显示屏。其具有两行16字符显示能力，用于实时显示体重、体温、报警提示及操作信息。例如：

• 正常状态：
  Weight: 65.3kg
Temp: 36.7°C
• 报警状态：
  Overweight!
Threshold: 70kg

LCD通过RS、RW、EN控制线及4位数据总线与单片机连接。显示模块由软件驱动函数控制，可动态更新显示内容。

2.6 WiFi通信模块

WiFi模块选用 ESP8266，工作于UART串口通信模式。单片机通过发送AT指令控制ESP8266连接指定WiFi网络，并将测量数据上传至云端或手机APP端。

主要功能包括：

• 数据上传（体重、体温、时间）；
• 阈值下发（用户在APP端设置新的体重上限）；
• 异常报警通知（当体重超限时，APP接收警报信息）。

ESP8266与单片机间的通信波特率一般设置为9600bps，通信格式为8N1。

2.7 按键输入与报警模块

系统设计有多个功能按键，包括：

• 查询键：用于切换查看历史记录；
• 设置键：用于调整体重阈值；
• 确认键：确认设定操作。

此外，蜂鸣器作为报警装置，当体重超过设定阈值时，蜂鸣器发出间断声，同时LCD显示“Overweight!”，提示用户注意。

2.8 电源模块

系统采用5V直流电源供电。单片机、LCD和EEPROM共用5V电压，ESP8266需经AMS1117-3.3稳压芯片降压供电。所有模块共地设计，确保系统稳定运行。

3. 系统程序设计

软件部分采用模块化设计思想，程序主要分为以下几个模块：

1. 主程序控制模块
2. 称重数据采集模块
3. 体温采集模块
4. 数据存储与读取模块
5. LCD显示模块
6. WiFi通信模块
7. 按键与报警模块

各模块相互独立，通过函数调用实现系统协同工作。

3.1 主程序控制模块

主程序负责系统初始化、模块调用及主循环逻辑。

主要流程为：

1. 初始化各外设（LCD、HX711、DS18B20、EEPROM、ESP8266）；
2. 显示系统启动界面；
3. 进入主循环，周期性采集体重与体温；
4. 判断是否超限并执行报警；
5. 处理按键输入与数据存储；
6. 向WiFi模块发送测量数据。

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "hx711.h"
#include "ds18b20.h"
#include "eeprom.h"
#include "wifi.h"

float weight, temp;
float threshold = 70.0;

void main()
{
    Init_LCD();
    Init_HX711();
    Init_DS18B20();
    Init_EEPROM();
    Init_WIFI();
    
    LCD_ShowString(1,1,"Smart Scale");
    LCD_ShowString(2,1,"System Ready");
    delay_ms(1500);
    
    while(1)
    {
        weight = Get_Weight();
        temp = Get_Temp();
        LCD_Display(weight, temp);
        
        if(weight > threshold)
        {
            Beep_Alert();
            LCD_ShowString(2,1,"Overweight!");
        }
        
        WIFI_SendData(weight, temp);
        Store_Data(weight, temp);
        delay_ms(2000);
    }
}

3.2 称重数据采集模块

HX711数据采集模块通过模拟时序方式读取24位重量数据，并进行滤波与校准。

long HX711_Read()
{
    unsigned long count;
    unsigned char i;
    count = 0;
    while(DT);
    for(i=0;i<24;i++)
    {
        SCK=1;
        count = count << 1;
        SCK=0;
        if(DT) count++;
    }
    SCK=1; 
    count ^= 0x800000;
    SCK=0;
    return(count);
}

float Get_Weight()
{
    long data = HX711_Read();
    float weight = (data - OFFSET) / SCALE;
    return weight;
}

系统在上电时自动进行零点校准，并保存系数参数，用于后续测量精度修正。

3.3 体温采集模块

体温模块通过单总线方式读取DS18B20数据。

float Get_Temp()
{
    unsigned char TL, TH;
    int temp;
    DS18B20_Start();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0x44);
    delay_ms(800);
    DS18B20_Start();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0xBE);
    TL = DS18B20_ReadByte();
    TH = DS18B20_ReadByte();
    temp = (TH << 8) | TL;
    return temp * 0.0625;
}

3.4 数据存储模块

每次测量完成后，系统将数据存入EEPROM指定地址，并自动更新记录索引。

void Store_Data(float w, float t)
{
    unsigned char addr = Get_Index();
    EEPROM_Write(addr, w);
    EEPROM_Write(addr+4, t);
    addr += 8;
    if(addr >= 24) addr = 0;
    EEPROM_Write(0x00, addr); // 保存当前索引
}

3.5 WiFi通信模块

WiFi模块采用AT指令通信方式上传数据。

void WIFI_SendData(float w, float t)
{
    char buffer[32];
    sprintf(buffer, "W:%.2fkg T:%.2fCrn", w, t);
    UART_SendString(buffer);
}

当接收到远程设置命令（如“SET THR=75”）时，单片机自动解析并更新阈值。

3.6 报警与按键模块

当体重超过设定阈值时，蜂鸣器间歇鸣响3次。

void Beep_Alert()
{
    for(int i=0;i<3;i++)
    {
        BEEP = 0;
        delay_ms(200);
        BEEP = 1;
        delay_ms(200);
    }
}

按键模块通过独立输入检测，用于数据查询与阈值调整。

4. 系统总结

本设计实现了一款基于单片机的多功能智能体重监测系统，融合了高精度称重技术、温度检测、历史存储与WiFi远程通信功能。系统在硬件上采用模块化设计，结构简单、可靠性高；在软件上采用层次化编程思想，逻辑清晰、功能完备。

主要优势如下：

1. 高精度测量：HX711保证了毫克级精度；
2. 多功能集成：实现体重、体温、存储、远程通信四合一；
3. 人机交互友好：LCD显示与按键操作直观便捷；
4. 智能报警机制：超限自动报警与远程通知兼具；
5. 可扩展性强：WiFi模块可进一步扩展至云平台或手机端监控系统。

该系统可广泛应用于家庭健康监测、健身房体重检测、医疗机构病患管理等场景，为智能健康设备的发展提供了重要参考与实践基础。