专利名称：多功能体质测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种青少年体质测试仪器，尤其涉及一种多功能体质测试仪。
背景技术：
我国青少年体质健康水平多年来持续下滑早已是不争的事实。学生的体质健康水平越来越受到国家、教育部以及家长的重视，而目前的体质测试仪器都比较简单，大多数测试仪器是机械式的或者采用的是传统51单片机，比如测量不准确，操作不方便等。并且数据的传输和保存，大多采用RS485总线有线传输，或者短距离无线传输，在实际使用中不仅麻烦而且受环境影响很大。发明内容
本发明为了解决上述现有技术中的问题，利用目前先进的电子技术和通信技术， 提供了一款集握力、肺活量、身高和体重等于一身的多功能体质测试仪器。
本发明为解决这一问题所采取的技术方案是本发明的多功能体质测试仪，包括控制器模块、与控制器模块连接的RFID读写IC卡模块、GPRS无线传输模块、串口数据下载模块、flash数据存储模块、传感器模块、液晶显示模块、键盘|旲块、语首提不1旲块和为电路提供电能的电源1旲块。
所述的控制器模块以ARM Cortex-M3内核的32位微处理器为核心控制器；设计了 2种时钟源，8MHz晶振YlOl作为微控器的时钟源，32. 768KHz晶振YlOO作为RTC的时钟源。
所述的电源模块采用两种供电方式，一种是通过外部5V直流电源供电，另一种是4.2V锂电池供电。
所述的传感器模块采用的是HX711。
所述的液晶模块采用T6963C驱动的240*128液晶显示屏。
所述的GPRS无线传输模块采用SIM900A模块。
本发明具有的优点和积极效果是本发明以ARM Cortex-M3内核的32位微处理器为控制核心，Cortex_M3内核基于哈佛架构，指令和数据各使用一条总线，由于指令和数据可以从存储器中同时读取，所以 Cortex-M3处理器对多个操作并行执行，加快了应用程序的执行速度。GPRS无线传输模块具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高、资费合理等特点。与以前的测试仪相比，该仪器具有明显的优势，低成本、高性能、低功耗，并且测量精度高，传输距离远，操作简单方便等。
图I是本发明的多功能体质测试仪的结构框图；图2是本发明的控制器模块的电路原理图；图3是本发明的电源模块的供电状态与充电电路图；图4是本发明的5V电源的电路图；图5是本发明的3. 3V电源的电路图；图6是本发明的语音提示模块的电路原理图；图7是本发明的RFID读写IC卡模块的电路原理图；图8是本发明的GPRS无线传输模块SIM900A的电路图；图9是本发明的GPRS无线传输模块SIM卡的电路图；图10是本发明的串口数据下载模块MAX3232电平转换电路图；图11是本发明的flash数据存储模块的电路原理图；图12是本发明的传感器模块HX711的电路原理图；图13是本发明的液晶显示模块的电路原理图。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明。
图I是本发明的多功能体质测试仪的结构框图。如图I所示，本发明的多功能体质测试仪，包括控制器模块、与控制器模块连接的RFID读写IC卡模块、GPRS无线传输模块、串口数据下载模块、flash数据存储模块、传感器模块、液晶显示模块、键盘模块、语音提示模块和为电路提供电能的电源模块。该仪器以ARM Cortex-M3内核的32位微处理器为控制核心，Cortex-M3内核基于哈佛架构，指令和数据各使用一条总线，由于指令和数据可以从存储器中同时读取，所以CorteX-M3处理器对多个操作并行执行，加快了应用程序的执行速度。外围电路包括240*128液晶显示模块、键盘模块、语音提示模块、RFID非接触式 IC卡读写模块、数据存储模块、数据下载模块、传感器模块、电源模块以及GPRS无线通信模块，GPRS具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高、资费合理等特
控制器模块采用高性能的ARM 32位Cortex-M3微控器STM32F103VD，72M的工作频率，内置512K字节flash闪存和64K字节的SRAM，丰富的I/O端口以及联接到两条APB 总线的外设。包含 5 个 USART、2fl2C、3fSPI、2fl2S、lfUSB、lfSDI(^PlfCAN 标准和先进的通信接口，还包含3个12位ADC、4个通用16位定时器、2个基本定时器和2 个PWM定时器。主控模块如图2所示。图中的网络标识表明该引脚在本系统的定义。控制器电源和地之间要并联滤波电容，越靠近控制器引脚，效果越好。控制器的启动方式为用户闪存存储器启动，即Β00Τ0和B00T1通过IOOk电阻接地。设计了 2种时钟源，8MHz晶振 YlOl作为微控器的时钟源，32. 768KHz晶振YlOO作为RTC的时钟源。
电源模块设计了两种供电方式，一种是通过外部5V直流电源供电，另一种是4. 2V 锂电池供电。供电状态与充电电路如图3所示。LTC4054是凌特公司专为单节锂电池充电需要设计的单片集成芯片。电路设计非常简洁，充电电压设定在4. 2V，充电电流可由单个外接电阻控制，当达到最后浮充电压4. 2V后，充电电流降至设定值的1/10时，LTC4054 自动中止充电周期；当输人电源中断时LTC4054自动进人超低电流状态，电池消耗电流小于2uA，LTC4054进人关闭状态后电源电流降至25uA。LTC4411是凌特公司推出的低损耗Power Path控制器，为电源切换或负载共享提供近于理想二极管的功能。LTC4411的工作电压在2. 6 V到5. 5 V之间。
该仪器中有的模块需要3. 3V电源供电，比如控制器、GPRS模块等，有的模块需要 5V电源供电，比如液晶背光灯、RFID天线等，这两种电源的设计如图4、图5所示。
图4为5V电源电路，由于该仪器可以是4. 2V锂电池供电，因此对需要5V电源的模块要，就必须对4. 2V进行升压，本设计采用SP7648低参考电压的高效率升压型稳压器， SP7648是一个超低静态电流、高效率的逐步升高的DC-DC转换器，非常适合单个锂电池或双节碱性电池的应用。设计中R215取O欧姆，利用的是5V固定输出功能。3. 3V电源电路， 采用的是AME8805电源芯片，电路设计如图5所示。
本仪器具有语音提示功能，以方便用户的使用，语音芯片采用的是ISD17240，该芯片是Winbond推出的单片优质语音录放电路，该芯片提供双运作模式(独立&嵌入式)，以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。设计电路如图6所示。采用独立运作模式，该模式具有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。电源为 3. 3V，通过麦克风将音频信息录于芯片，SPK+与SPK-接喇叭以播放音频提示，该芯片可以存240秒语音信息。如果音量不够大，还可以通过AUD/AUX引脚接电流放大器，再接喇叭， 进行输出，以获得更大的音量效果。
该仪器可以通过非接触式IC卡读写器，来获得测试者的信息，并可以将测试信息写入IC卡。RFID读写器设计电路如图7所示。读卡器芯片采用上海复旦微电子股份有限公司设计的，基于IS014443标准的非接触卡读卡芯片FM1702，该芯片可支持13. 56MHz频率下的typeA、typeB、15693三种非接触通信协议，支持MIFARE和上海标准的加密算法。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路，只需要最少量的外围电路就可工作。最低工作电压可达2. 9V，支持6种微处理器接口，本设计采用的是SPI接口，芯片的工作电压3. 3V，天线电压最高位5V,读写卡距离最大5厘米。
该仪器具有无线传输功能，可以将测试数据通过GPRS网络，发送到中心服务器， 以便监控和管理，实现了数据的远程传输。本设计采用SM900A模块，它属于双频GSM/GPRS 模块，完全采用SMT封装形式，SM900A仅适用于中国市场，其性能稳定，外观精巧，性价比高。其设计电路如图8所示，SIM卡电路如图9所示。
本仪器设计了一个串口数据下载模块，他可以将保存在仪器里的测试数据，通过串口下载到PC机里，以防止各种数据丢失情况的发生。设计采用MAX3232进行电平转换， 如图10所示。
该仪器外扩了 2M flash，用来存储汉字字库以及测试信息，以方便查询，设计电路如图11所示。采用的是Winbond公司的W25X16芯片，SPI接口。
传感器模块采用的是HX711，是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了整机成本， 提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B， 与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B则为固定的64增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。其设计电路如图12所示。JP502接各种传感器信号，比如握力、重量、肺活量等，引脚11、12、15接处理器，R502、R503取不同的值来选择传感器的电压。
液晶模块采用T6963C驱动的240*128液晶，用以显示测试菜单、测试者信息、功能设置、测试信息查询等。设计电路如图13所示。液晶电源和背景灯电源通过控制器控制， 以便在长时间开机而不是用的情况下，关闭电源，节省电量。
键盘设计为4*4共16个按键，0-9共10个数字键，以及6个功能键，上、下、取消、确认、删除和设置，以方便用户输入数字信息和其他操作。
该仪器使用非常方便，不仅有语音提示，而且还有液晶显示提示，以方便人机交互。具体工作过程如下上电开机后，电源指示灯点亮，如果采用锂电池供电，则不需要外接电源，如果锂电池和外接电源同时接在仪器上，仪器自动采用外接电源供电，并对锂电池充电。充电指示灯变红色，充电满后，指示灯变绿色。
开机后，首先液晶屏显示启动画面，2秒后进主菜单，并有语音提示菜单功能选择， 菜单有5个功能可选择，刷IC卡测试、输入信息测试、自由练习、测试信息查询和功能设置。
刷IC卡测试启动RFID读卡功能，刷测试者IC卡，读入测试者信息，然后测试，测试过程中有语音提示，并在液晶屏显示测试数据、测试时间。测试完成后，数据首先保存在仪器的flash中，再启动RFID写卡功能，并判断卡号是否与测试者一致，一致数据保存测试者IC卡，否则报警。最后启动GPRS无线传输模块，将测试数据发送中心服务器，进行统一管理。上述工作完成后，按键盘确认键，进行下一个测试者，进行测试；按键盘取消键，返回主菜单。
输入信息测试通过键盘输入测试者信息，然后测试，测试过程中有语音提示，并在液晶屏显示测试数据、测试时间。测试完成后，数据首先保存在仪器的flash中，再启动 GPRS无线传输模块，将测试数据发送中心服务器，进行统一管理。上述工作完成后，按键盘确认键，进行下一个测试者，进行测试；按键盘取消键，返回主菜单。
自由练习测试者自由测试，数据不保存，只在液晶屏显示。
测试信息查询该功能是将保存在flash里的数据，在液晶屏上显示，以便查询。 分精确查询和全部分页显示查询。
功能设置主要是通过键盘输入一些初始数据，比如仪器的设备编号，实时时钟日期时间的设置等。
当仪器使用一段时间或者对特定的测试用户群，测试完成后，可以通过USART串口，将仪器保存在flash里的数据，下载到PC里，防止数据丢失。
权利要求
1.一种多功能体质测试仪，其特征在于该测试仪包括控制器模块、与控制器模块连接的RFID读写IC卡模块、GPRS无线传输模块、串口数据下载模块、flash数据存储模块、传感器1旲块、液晶显不|旲块、键盘|旲块、语首提不|旲块和为电路提供电能的电源|旲块。
2.根据权利要求I所述的多功能体质测试仪，其特征在于控制器模块以ARMCortex-M3内核的32位微处理器为核心控制器；设计了 2种时钟源，8MHz晶振HOl作为微控器的时钟源，32. 768KHz晶振YlOO作为RTC的时钟源。
3.根据权利要求I所述的多功能体质测试仪，其特征在于电源模块采用两种供电方式，一种是通过外部5V直流电源供电，另一种是4. 2V锂电池供电。
4.根据权利要求I所述的多功能体质测试仪，其特征在于传感器模块采用的是HX711。
5.根据权利要求I所述的多功能体质测试仪，其特征在于液晶模块采用T6963C驱动的240*128液晶显示屏。
6.根据权利要求I所述的多功能体质测试仪，其特征在于=GPRS无线传输模块采用SM900A 模块。
全文摘要
本发明公开了一种多功能体质测试仪，包括控制器模块、与控制器模块连接的RFID读写IC卡模块、GPRS无线传输模块、串口数据下载模块、flash数据存储模块、传感器模块、液晶显示模块、键盘模块、语音提示模块和为电路提供电能的电源模块。本发明以ARMCortex-M3内核的32位微处理器为控制核心，Cortex-M3内核基于哈佛架构，对多个操作并行执行，加快了应用程序的执行速度。GPRS无线传输模块具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高、资费合理等特点。与以前的测试仪相比，该仪器具有明显的优势，低成本、高性能、低功耗，并且测量精度高，传输距离远，操作简单方便等。
文档编号A61B5/22GK102973283SQ20121048854
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者周曦国, 张少强, 刘岩凯 申请人:天津师范大学