基于51单片机的智能营养秤系统设计与实现

一、项目背景

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。

当前系统还配备了无线WIFI模块，可以将当前营养数据上传到手机端实时显示，并给出营养建议。这使得用户可以随时1了解自己的饮食情况，及时进行调整，从而达到更好的健康效果。

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 
 #include 
 ​
 // 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 
 #include 
 ​
 #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;i++)>