基于51单片机的智能营养秤系统设计与实现
随着人们生活水平和健康意识的提高，越来越多的人开始注重自己的饮食健康。在此背景下，智能营养秤系统应运而生，成为了一种非常实用的工具。本项目基于51单片机设计和实现一种智能营养秤系统，通过该系统可准确地测量食物的重量并计算其热量、蛋白质、脂肪、碳水化合物等营养成分含量。
当前系统采用了STC89C52单片机作为主控芯片，预置了多种食材的营养成分数据。用户只需要使用矩阵键盘输入食材编号，将需要称重的食材放置在重力传感器上进行依次称重，系统就可以自动计算出所有食材的各类营养含量总值，并通过液晶屏显示出来。同时，系统根据预设的营养指标，对不达标或超标的食材进行对应的声光提示，提醒用户注意饮食健康。
本项目的设计和实现是为了满足人们对于饮食健康的需求，帮助人们更好地控制自己的饮食，达到健康瘦身的目的。同时，由于采用了51单片机的设计方案，具有成本低、易于制作、易于维护等优点，具有广泛的应用前景。
二、系统设计过程
2.1 硬件组成
【1】STC89C52单片机作为主控芯片。
【2】4x4电容矩阵键盘用于输入食材编号。
【3】HX711重力传感器用来进行多种食材的称重。
【4】1.44寸LCD显示屏用来显示所有食材的各类营养含量总值。
【5】ESP8266无线WIFI模块用于将当前营养数据上传到手机端实时显示。
2.2 系统框架组成
【1】输入：使用4x4电容矩阵键盘输入食材编号，触发称重功能。
【2】称重：根据输入的食材编号，通过HX711重力传感器对多种食材依次称重。
【3】计算：系统自动计算所有食材的各类营养含量总值，并在1.44寸LCD显示屏上显示。
【4】判断：根据系统预设的营养指标，判断当前营养数据是否达标或超标。
【5】提示：若不达标或超标，系统进行相应的声光提示。
【6】数据上传：通过ESP8266无线WIFI模块将当前营养数据上传到手机端实时显示，并给出营养建议。
2.3 系统模块设计
【1】系统硬件设计
采用了51单片机作为主控芯片，重力传感器用于称重，矩阵键盘用于输入食材编号，液晶屏用于显示数据。同时，为了实现无线上传功能，还需要添加WIFI模块。
【2】系统软件设计
系统的软件设计主要包括两个方面，即驱动程序和应用程序。其中，驱动程序负责与各个硬件模块进行通信，读取和处理相关数据；应用程序则负责实现具体的计算和控制逻辑。
【3】食材营养成分数据预置
预先测量并记录多种食材的重量和营养成分含量，并将这些数据存储在系统中供后续使用。
【4】食材识别和称重
当用户输入食材编号后，系统自动从预置的数据中查找对应的营养成分信息。然后，用户将需要称重的食材放置在重力传感器上，系统开始进行称重并输出重量数据。
【5】营养计算和指标判断
系统根据已知的食材重量和营养成分数据，计算出当前食物的各类营养含量总值。同时，根据预设的营养指标，判断当前食物是否达标或超标，并进行相应的声光提示。
【6】数据传输和显示
将当前的营养数据通过WIFI模块上传到手机端实时显示，并根据用户的身体数据和运动情况，推荐合适的饮食方案。
【7】整体测试和优化：对系统进行整体测试和优化，确保系统能够正常工作并满足设计要求。
2.4 程序设计思路
【1】定义多种食材的营养成分数据，存储在程序中。
【2】初始化电容矩阵键盘和HX711重力传感器。
【3】等待用户输入食材编号。一旦检测到有效输入，记录食材编号并触发称重功能。
【4】根据输入的食材编号，依次使用HX711重力传感器进行称重，并根据对应的营养成分数据进行计算，得出每种营养成分的总值。
【5】将所有食材的营养成分总值通过1.44寸LCD显示屏展示给用户。
【6】根据系统预设的营养指标，判断当前营养数据是否达标或超标。如果不达标或超标，则进行相应的声光提示。
【7】通过ESP8266无线WIFI模块将当前营养数据上传到手机端实时显示，并给出营养建议。
三、程序代码实现
3.1 HX711称重传感器代码
下面是STC89C52单片机读取HX711称重传感器的值，得到最终的重量，打印到串口的完整代码：
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
// HX711引脚定义
sbit HX711_DOUT = P1^0; // 数据输出引脚
sbit HX711_SCK = P1^1; // 时钟输入引脚
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
uchar WeiLai, OldData; // 定义两个变量，用于保存数据
uchar Data[3]; // 存放读取的数据
long result = 0; // 定义长整型变量，用于存放最终的重量值
void delay_us(uint us) // 延时函数（微秒级）
{
while(us--)
{
_nop_(); // 空操作语句，延时一微秒
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
}
void Read_HX711() // 读HX711函数
{
uchar i;
HX711_DOUT = 1; // 先将DOUT置为高电平
delay_us(1); // 延时1微秒
HX711_SCK = 0; // 将SCK置为低电平
delay_us(1); // 延时1微秒
for(i=0;i<24;i++) // 循环24次，读取数据
{
HX711_SCK = 1; // 将SCK置为高电平
delay_us(1); // 延时1微秒
WeiLai = HX711_DOUT; // 读取DOUT引脚上的数据
result <<= 1; // 左移一位
if(WeiLai == 1) // 如果DOUT为1，将result的最低位赋值为1
{
result++;
}
HX711_SCK = 0; // 将SCK置为低电平
delay_us(1); // 延时1微秒
}
WeiLai = OldData; // 将OldData的值赋给WeiLai
Data[2] = result; // 存储重量值的最高字节
Data[1] = result>>8; // 存储重量值的中间字节
Data[0] = result>>16; // 存储重量值的最低字节
}
void main()
{
TMOD = 0x20; // 定时器T1工作模式设置
TH1 = 0xfd; // 波特率9600
TL1 = 0xfd; // 波特率9600
TR1 = 1; // 启动定时器T1
SCON = 0x50; // 设置串口工作方式
while(1)
{
Read_HX711(); // 调用读HX711函数
// 将读取到的数据打印到串口
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配置代码
以下是STC89C52单片机控制ESP8266，配置成AP模式，开启TCP服务器，等待客户端连接上来的完整代码：
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define RXD P3_0 // 串口接收引脚
#define TXD P3_1 // 串口发送引脚
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
bit rcvflag; // 接收标志位
uchar idata RcvBuf; // 存储接收到的数据
uchar len; // 存储接收到的数据长度
uchar AT_OK; // 存储AT指令执行结果
/* 延时函数 */
void Delayms(uint ms)
{
uchar i, j;
for(i=0;i<ms;i++)
{
for(j=0;j<110;j++);
}
}
/* 发送一个字节的数据 */
void SendByte(uchar dat)
{
SBUF = dat;
while(!TI);
TI = 0;
}
/* 发送字符串 */
void SendString(char *str)
{
while(*str)
{
SendByte(*str++);
}
}
/* 发送AT指令 */
void SendATCmd(char *str)
{
SendString(str);
SendString("\r\n");
Delayms(20); // 延时20ms等待返回数据
}
/* 接收一个字节的数据 */
void Uart_Rcv() interrupt 4 using 1
{
if(RI) // 判断是否接收到数据
{
RI = 0; // 清除RI标志位
RcvBuf = SBUF; // 存储接收到的数据
rcvflag = 1; // 置接收标志位
}
}
/* 检查AT指令执行结果 */
void Check_AT_Cmd()
{
uchar i;
if(rcvflag == 0) // 如果没有接收到数据
{
AT_OK = 0xff; // 执行AT指令失败
return;
}
len = 0;
do // 接收完整的一行数据
{
i = RcvBuf;
RcvBuf = 0;
if(i == '\r') break; // 遇到回车符则结束接收
if(i != '\n') // 跳过换行符
{
len++;
}
}while(1);
if(len != 0) // 如果有接收到数据
{
AT_OK = 0; // 执行AT指令成功
}
rcvflag = 0; // 清除接收标志位
}
/* 配置ESP8266模块为AP模式 */
void Set_AP_Mode(char *ssid, char *pwd)
{
SendATCmd("AT+RST"); // 复位ESP8266模块
Check_AT_Cmd();
SendATCmd("AT+CWMODE=2"); // 配置模块为AP模式
Check_AT_Cmd();
SendATCmd("AT+CWSAP=\"");
SendString(ssid); // 设置SSID
SendString("\",\"");
SendString(pwd); // 设置密码
SendString("\",5,3"); // 设置加密方式为WPA2_PSK
Check_AT_Cmd();
}
/* 开启TCP服务器 */
void TCP_Server_Open()
{
SendATCmd("AT+CIPMUX=1"); // 开启多连接模式
Check_AT_Cmd();
SendATCmd("AT+CIPSERVER=1,8888"); // 开启TCP服务器，端口号为8888
Check_AT_Cmd();
}
/* 等待客户端连接 */
void Wait_For_Client_Connect()
{
uchar i;
do
{
if(rcvflag == 0) continue; // 没有接收到数据则继续等待
len = 0;
do
{
i = RcvBuf;
RcvBuf = 0;
if(i == '\r') break;
if(i != '\n')
{
len++;
}
}while(1);
rcvflag = 0; // 清除接收标志位
if(len != 0 && RcvBuf == '+')
{
SendString("AT+CIPSEND=0,12"); // 发送数据，长度为12
SendString("\r\n");
Delayms(10);
if(rcvflag && RcvBuf == '>') // 等待">"符号
{
SendString("Hello World!"); // 发送数据
SendByte(0x1a); // 发送结束符
}
while(!rcvflag); // 等待数据发送完成
len = 0;
do
{
i = RcvBuf;
RcvBuf = 0;
if(i == '\r') break;
if(i != '\n')
{
len++;
}
}while(1);
rcvflag = 0; // 清除接收标志位
if(len != 0 && RcvBuf == 'S') // 如果接收到"SEND OK"说明数据发送成功
{
SendString("Data send success!");
SendString("\r\n");
}
}
}while(1);
}
/* 主函数 */
void main()
{
TMOD = 0x20; // 定时器T1工作模式设置
TH1 = 0xfd; // 波特率9600
TL1 = 0xfd; // 波特率9600
TR1 = 1; // 启动定时器T1 SCON = 0x50;
// 设置串口工作方式
EA = 1; // 允许中断
ES = 1; // 允许串口中断
Set_AP_Mode("MyAP", "12345678"); // 配置模块为AP模式，设置SSID和密码
TCP_Server_Open(); // 开启TCP服务器
Wait_For_Client_Connect(); // 等待客户端连接
}
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