一、項(xiàng)目背景

隨著人們生活水平和健康意識(shí)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(yíng)養(yǎng)秤系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，成為了一種非常實(shí)用的工具。本項(xiàng)目基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一種智能營(yíng)養(yǎng)秤系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可準(zhǔn)確地測(cè)量食物的重量并計(jì)算其熱量、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等營(yíng)養(yǎng)成分含量。

當(dāng)前系統(tǒng)采用了STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，預(yù)置了多種食材的營(yíng)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(hào)，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(dòng)計(jì)算出所有食材的各類營(yíng)養(yǎng)含量總值，并通過液晶屏顯示出來。同時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，對(duì)不達(dá)標(biāo)或超標(biāo)的食材進(jìn)行對(duì)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(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)上傳到手機(jī)端實(shí)時(shí)顯示，并給出營(yíng)養(yǎng)建議。這使得用戶可以隨時(shí)1了解自己的飲食情況，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到更好的健康效果。

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是為了滿足人們對(duì)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(shí)，由于采用了51單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案，具有成本低、易于制作、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程

2.1 硬件組成

【1】STC89C52單片機(jī)作為主控芯片。

【2】4x4電容矩陣鍵盤用于輸入食材編號(hào)。

【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(yíng)養(yǎng)含量總值。

【5】ESP8266無線WIFI模塊用于將當(dāng)前營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)上傳到手機(jī)端實(shí)時(shí)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(hào)，觸發(fā)稱重功能。

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

【3】計(jì)算：系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算所有食材的各類營(yíng)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(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，判斷當(dāng)前營(yíng)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(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)上傳到手機(jī)端實(shí)時(shí)顯示，并給出營(yíng)養(yǎng)建議。

2.3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

【1】系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

采用了51單片機(jī)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(hào)，液晶屏用于顯示數(shù)據(jù)。同時(shí)，為了實(shí)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(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面，即驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。其中，驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與各個(gè)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(shí)現(xiàn)具體的計(jì)算和控制邏輯。

【3】食材營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)置

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

【4】食材識(shí)別和稱重

當(dāng)用戶輸入食材編號(hào)后，系統(tǒng)自動(dòng)從預(yù)置的數(shù)據(jù)中查找對(duì)應(yīng)的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)計(jì)算和指標(biāo)判斷

系統(tǒng)根據(jù)已知的食材重量和營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)前食物的各類營(yíng)養(yǎng)含量總值。同時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)通過WIFI模塊上傳到手機(jī)端實(shí)時(shí)顯示，并根據(jù)用戶的身體數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)情況，推薦合適的飲食方案。

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

2.4 程序設(shè)計(jì)思路

【1】定義多種食材的營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)，存儲(chǔ)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(hào)。一旦檢測(cè)到有效輸入，記錄食材編號(hào)并觸發(fā)稱重功能。

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

【5】將所有食材的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，判斷當(dāng)前營(yíng)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(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)上傳到手機(jī)端實(shí)時(shí)顯示，并給出營(yíng)養(yǎng)建議。

三、程序代碼實(shí)現(xiàn)

3.1 HX711稱重傳感器代碼

下面是STC89C52單片機(jī)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(shí)鐘輸入引腳
?
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
?
uchar WeiLai, OldData;  // 定義兩個(gè)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(zhǎng)整型變量，用于存放最終的重量值
?
void delay_us(uint us)  // 延時(shí)函數(shù)（微秒級(jí)）
{
  while(us--)
   {
    _nop_();      // 空操作語句，延時(shí)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(shí)1微秒
  HX711_SCK = 0;    // 將SCK置為低電平
  delay_us(1);     // 延時(shí)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(shí)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(shí)1微秒
? ?  }
??
? ? ?WeiLai = OldData; ? ? // 將OldData的值賦給WeiLai
? ? ?Data[2] = result; ? ? // 存儲(chǔ)重量值的最高字節(jié)
? ? ?Data[1] = result>>8; // 存儲(chǔ)重量值的中間字節(jié)
  Data[0] = result>>16; // 存儲(chǔ)重量值的最低字節(jié)
}
?
void main()
{
  TMOD = 0x20;     // 定時(shí)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(dòng)定時(shí)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(jī)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(chǔ)接收到的數(shù)據(jù)
uchar len;     // 存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
uchar AT_OK;    // 存儲(chǔ)AT指令執(zhí)行結(jié)果
?
/* 延時(shí)函數(shù) */
void Delayms(uint ms)
{
  uchar i, j;
  for(i=0;i;i++)>