基于51單片機的智能營養(yǎng)秤系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

一、項目背景

隨著人們生活水平和健康意識的提高，越來越多的人開始注重自己的飲食健康。在此背景下，智能營養(yǎng)秤系統(tǒng)應(yīng)運而生，成為了一種非常實用的工具。本項目基于51單片機設(shè)計和實現(xiàn)一種智能營養(yǎng)秤系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可準(zhǔn)確地測量食物的重量并計算其熱量、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等營養(yǎng)成分含量。

當(dāng)前系統(tǒng)采用了STC89C52單片機作為主控芯片，預(yù)置了多種食材的營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)。用戶只需要使用矩陣鍵盤輸入食材編號，將需要稱重的食材放置在重力傳感器上進(jìn)行依次稱重，系統(tǒng)就可以自動計算出所有食材的各類營養(yǎng)含量總值，并通過液晶屏顯示出來。同時，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的營養(yǎng)指標(biāo)，對不達(dá)標(biāo)或超標(biāo)的食材進(jìn)行對應(yīng)的聲光提示，提醒用戶注意飲食健康。

當(dāng)前系統(tǒng)還配備了無線WIFI模塊，可以將當(dāng)前營養(yǎng)數(shù)據(jù)上傳到手機端實時顯示，并給出營養(yǎng)建議。這使得用戶可以隨時1了解自己的飲食情況，及時進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到更好的健康效果。

本項目的設(shè)計和實現(xiàn)是為了滿足人們對于飲食健康的需求，幫助人們更好地控制自己的飲食，達(dá)到健康瘦身的目的。同時，由于采用了51單片機的設(shè)計方案，具有成本低、易于制作、易于維護(hù)等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景。

二、系統(tǒng)設(shè)計過程

2.1 硬件組成

【1】STC89C52單片機作為主控芯片。

【2】4x4電容矩陣鍵盤用于輸入食材編號。

【3】HX711重力傳感器用來進(jìn)行多種食材的稱重。

【4】1.44寸LCD顯示屏用來顯示所有食材的各類營養(yǎng)含量總值。

【5】ESP8266無線WIFI模塊用于將當(dāng)前營養(yǎng)數(shù)據(jù)上傳到手機端實時顯示。

2.2 系統(tǒng)框架組成

【1】輸入：使用4x4電容矩陣鍵盤輸入食材編號，觸發(fā)稱重功能。

【2】稱重：根據(jù)輸入的食材編號，通過HX711重力傳感器對多種食材依次稱重。

【3】計算：系統(tǒng)自動計算所有食材的各類營養(yǎng)含量總值，并在1.44寸LCD顯示屏上顯示。

【4】判斷：根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的營養(yǎng)指標(biāo)，判斷當(dāng)前營養(yǎng)數(shù)據(jù)是否達(dá)標(biāo)或超標(biāo)。

【5】提示：若不達(dá)標(biāo)或超標(biāo)，系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的聲光提示。

【6】數(shù)據(jù)上傳：通過ESP8266無線WIFI模塊將當(dāng)前營養(yǎng)數(shù)據(jù)上傳到手機端實時顯示，并給出營養(yǎng)建議。

2.3 系統(tǒng)模塊設(shè)計

【1】系統(tǒng)硬件設(shè)計

采用了51單片機作為主控芯片，重力傳感器用于稱重，矩陣鍵盤用于輸入食材編號，液晶屏用于顯示數(shù)據(jù)。同時，為了實現(xiàn)無線上傳功能，還需要添加WIFI模塊。

【2】系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括兩個方面，即驅(qū)動程序和應(yīng)用程序。其中，驅(qū)動程序負(fù)責(zé)與各個硬件模塊進(jìn)行通信，讀取和處理相關(guān)數(shù)據(jù)；應(yīng)用程序則負(fù)責(zé)實現(xiàn)具體的計算和控制邏輯。

【3】食材營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)置

預(yù)先測量并記錄多種食材的重量和營養(yǎng)成分含量，并將這些數(shù)據(jù)存儲在系統(tǒng)中供后續(xù)使用。

【4】食材識別和稱重

當(dāng)用戶輸入食材編號后，系統(tǒng)自動從預(yù)置的數(shù)據(jù)中查找對應(yīng)的營養(yǎng)成分信息。然后，用戶將需要稱重的食材放置在重力傳感器上，系統(tǒng)開始進(jìn)行稱重并輸出重量數(shù)據(jù)。

【5】營養(yǎng)計算和指標(biāo)判斷

系統(tǒng)根據(jù)已知的食材重量和營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)，計算出當(dāng)前食物的各類營養(yǎng)含量總值。同時，根據(jù)預(yù)設(shè)的營養(yǎng)指標(biāo)，判斷當(dāng)前食物是否達(dá)標(biāo)或超標(biāo)，并進(jìn)行相應(yīng)的聲光提示。

【6】數(shù)據(jù)傳輸和顯示

將當(dāng)前的營養(yǎng)數(shù)據(jù)通過WIFI模塊上傳到手機端實時顯示，并根據(jù)用戶的身體數(shù)據(jù)和運動情況，推薦合適的飲食方案。

【7】整體測試和優(yōu)化：對系統(tǒng)進(jìn)行整體測試和優(yōu)化，確保系統(tǒng)能夠正常工作并滿足設(shè)計要求。

2.4 程序設(shè)計思路

【1】定義多種食材的營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)，存儲在程序中。

【2】初始化電容矩陣鍵盤和HX711重力傳感器。

【3】等待用戶輸入食材編號。一旦檢測到有效輸入，記錄食材編號并觸發(fā)稱重功能。

【4】根據(jù)輸入的食材編號，依次使用HX711重力傳感器進(jìn)行稱重，并根據(jù)對應(yīng)的營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行計算，得出每種營養(yǎng)成分的總值。

【5】將所有食材的營養(yǎng)成分總值通過1.44寸LCD顯示屏展示給用戶。

【6】根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的營養(yǎng)指標(biāo)，判斷當(dāng)前營養(yǎng)數(shù)據(jù)是否達(dá)標(biāo)或超標(biāo)。如果不達(dá)標(biāo)或超標(biāo)，則進(jìn)行相應(yīng)的聲光提示。

【7】通過ESP8266無線WIFI模塊將當(dāng)前營養(yǎng)數(shù)據(jù)上傳到手機端實時顯示，并給出營養(yǎng)建議。

三、程序代碼實現(xiàn)

3.1 HX711稱重傳感器代碼

下面是STC89C52單片機讀取HX711稱重傳感器的值，得到最終的重量，打印到串口的完整代碼：

#include 
#include 
?
// HX711引腳定義
sbit HX711_DOUT = P1^0; // 數(shù)據(jù)輸出引腳
sbit HX711_SCK = P1^1; // 時鐘輸入引腳
?
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
?
uchar WeiLai, OldData;  // 定義兩個變量，用于保存數(shù)據(jù)
uchar Data[3];      // 存放讀取的數(shù)據(jù)
long result = 0;     // 定義長整型變量，用于存放最終的重量值
?
void delay_us(uint us)  // 延時函數(shù)（微秒級）
{
  while(us--)
   {
    _nop_();      // 空操作語句，延時一微秒
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
   }
}
?
void Read_HX711()     // 讀HX711函數(shù)
{
  uchar i;
  HX711_DOUT = 1;    // 先將DOUT置為高電平
  delay_us(1);     // 延時1微秒
  HX711_SCK = 0;    // 將SCK置為低電平
  delay_us(1);     // 延時1微秒
?
  for(i=0;i<24;i++) ? ? // 循環(huán)24次，讀取數(shù)據(jù)
? ?  {
? ? ? ? ?HX711_SCK = 1; ? ?// 將SCK置為高電平
? ? ? ? ?delay_us(1); ? ? ?// 延時1微秒
? ? ? ? ?WeiLai = HX711_DOUT; ? ? ? // 讀取DOUT引腳上的數(shù)據(jù)
? ? ? ? ?result <<= 1; ? ? // 左移一位
? ? ? ? ?if(WeiLai == 1) ? // 如果DOUT為1，將result的最低位賦值為1
? ? ? ?  {
? ? ? ? ? ? ?result++;
? ? ? ?  }
? ? ? ? ?HX711_SCK = 0; ? ?// 將SCK置為低電平
? ? ? ? ?delay_us(1); ? ? ?// 延時1微秒
? ?  }
??
? ? ?WeiLai = OldData; ? ? // 將OldData的值賦給WeiLai
? ? ?Data[2] = result; ? ? // 存儲重量值的最高字節(jié)
? ? ?Data[1] = result>>8; // 存儲重量值的中間字節(jié)
  Data[0] = result>>16; // 存儲重量值的最低字節(jié)
}
?
void main()
{
  TMOD = 0x20;     // 定時器T1工作模式設(shè)置
  TH1 = 0xfd;      // 波特率9600
  TL1 = 0xfd;      // 波特率9600
  TR1 = 1;       // 啟動定時器T1
  SCON = 0x50;     // 設(shè)置串口工作方式
?
  while(1)
   {
    Read_HX711();   // 調(diào)用讀HX711函數(shù)
?
    // 將讀取到的數(shù)據(jù)打印到串口
    SBUF = Data[0];
    while(TI == 0);
    TI = 0;
?
    SBUF = Data[1];
    while(TI == 0);
    TI = 0;
?
    SBUF = Data[2];
    while(TI == 0);
    TI = 0;
   }
}

3.2 ESP82660-WIFI配置代碼

以下是STC89C52單片機控制ESP8266，配置成AP模式，開啟TCP服務(wù)器，等待客戶端連接上來的完整代碼：

#include 
#include 
?
#define RXD P3_0  // 串口接收引腳
#define TXD P3_1  // 串口發(fā)送引腳
?
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
?
bit rcvflag;    // 接收標(biāo)志位
uchar idata RcvBuf; // 存儲接收到的數(shù)據(jù)
uchar len;     // 存儲接收到的數(shù)據(jù)長度
uchar AT_OK;    // 存儲AT指令執(zhí)行結(jié)果
?
/* 延時函數(shù) */
void Delayms(uint ms)
{
  uchar i, j;
  for(i=0;i;i++)>