项目简介
我做这个项目的是因为想把身边的普通体重秤变得更聪明一点，能够记录自动记录体重，并且绘制曲线。 这样就能够直观的看到自己体重变化的趋势，对自己的体重状况更加了解了。
技术上，为了实现这个效果，基本思路是每一次用户称重的时候，体重秤就会自动把数据传到远程的服务器保存下来，然后用户可以通过电脑或者智能手机看到直观的体重变化曲线。 费这么大劲要把数据传到云端，是因为在本地记录数据不是很可靠，而且如何显示数据也是很大的问题。 所以这个把数据传到网上，用服务器进行数据的记录，分析和显示的方法应该是比较自然的方案。
总的流程简单来说就是用单片机读出体重，用无线芯片发到云端服务器，在服务器端进行记录和图标的绘制，用户访问网页登陆之后就能看到曲线了。目前的计划是用 Arduino + Electric Imp + Ruby on Rails + Heroku
数字体重计的原理
第一步，想要记录体重，先要搞清现有的体重计原理。现在家里常见的基本都是数字体重计，模拟的体重计可以先不考虑了。在网上搜了一下，体重计的原理有很多，其中这个视频就讲的很简单明了。简单概括就是上边一定有一个压力传感器(load cell)。在我理解就是一形变，阻值就变的电阻，变化量基本和压力成线性关系。
然后买了一个在亚马逊上销量不错的体重计,拆了研究一下里边的原理，看看到底和网上说的原理一样不一样。
果然结构和前边视频里拆的那个差不多，四个压力传感器，每个传感器引出了红黑白三根线，都连接到电路板上。传感器上重量一增加，红和白线之间的阻值就变小，白和黑线之间的阻值就增大。
前排的两个传感器每一个里边还另外有个触碰开关，每个引出两根线。这一定是用来唤醒芯片的。电路板后边是背光板和类似七段式的液晶屏。背光板是蓝色的，显示屏里液晶一改变朝向就遮挡住了蓝光，呈现出黑色的数字。
下边是一些细节图
压力传感器特写
电路板特写
这是电路板背面，液晶屏和背光板
电路板和液晶屏是用这样一个海绵状的排线连接的
到这里数字体重计的几个模块已经很清晰了:电路板上的芯片直接读传感器的电压，然后经过内部的分析处理，驱动液晶屏的13个管脚，显示数字。
Arduino读取体重的方法
目前要想要用单片机读到体重示数，有两个办法:一，是通过读液晶屏驱动管脚的电压来得到最终体重。二，是直接读传感器的阻值，自己用Arduino来算体重。第一个方案直接读液晶屏看起来简单一些，因为涉及到的都是数字量，所以我们先走一号路线。
从液晶屏管脚读示数
先用示波器看看这13个管脚在我们称重的时候都是什么波形呢？
测了两个管脚，大概是这样的波形：
这个结果和我最初想象的不一样，我以为这种液晶屏和七段式的LED数码管原理差不多，有一条线选择数字，另外七根线来用高低控制液晶。可是这里液晶屏的电压是阶梯状的，和LED显示屏很不一样。这里找到一个液晶控制芯片的Datasheet很有帮助，里边讲了这种液晶屏的工作原理。
Datasheet里边讲的很清楚了，这张插图尤其说明问题
目前我的理解是液晶屏如果要改变透光性，每一个模子里的液晶两极需要加电压。而且这种液晶不超过阈值电压基本不翻转。由于这种简单的液晶屏由于不需要呈现不同亮度，每一片液晶只要用两根线就能驱动了。屏幕里边的走线分行列两种，每个行列的交叉点就是一块液晶，上边的电压就是当前行列两根线的电压差。这里我说的行列对应了图中的COM和SEG。可以看到左右两个图分别是两个同列(都是SEG0)不同行的(COM0 和 COM1)液晶，加在左边的电压有时候能达到V_LCD，也就是一个能改变液晶性质的阈值电压。右边的达不到这个阈值，因此应该一直是透光的。这里还有一个小细节是液晶一般都需要直流分量是零的电压，因为长期的直流分量会损害液晶。 回到正题，也就是我们要读数的这块液晶上。通过观察发现每个管脚的电压都是在0-3.3V之间变化的。当COM是3.3V，SEG是0V或者COM是0V，SEG是3.3V的时候这个液晶上的电压的绝对值就能到3.3V，相当于被选中。我们只要捕捉到这个瞬间就可以了。于是我们来搭一个简单的电路
这个电路的特点是当SEG管脚输出是0的时候我们转化的输出是高，其他时候是低。COM管脚输出是3.3的时候我们转化的输出输出是低，其他时候都输出高。由于液晶加载的电压是对称的，这样我们就能捕捉到一半液晶被点亮的时刻了。
然后照着这个焊了个板子
然后把液晶的管脚都接出来连到Arduino上。
Arduino程序
于是我们已经能让Arduino知道液晶屏的每一个像素点是否被选中了。不过具体这些像素到底对应的是实际数字的哪一笔我们还是不知道。要破解这个疑问，也就是找出行列组合和实际笔画的对应关系，我们有两个事实我们可以借助。第一个是秤空载的时候，示数是0.0。第二个是如果仔细看液晶屏，其实还是能看到一些里边的走线的。最终配合Arduino读数的输出，能够大概猜出液晶屏上每一个像素的行和列的序号。
画在纸上就是这样：
在Arduino程序中加入破解液晶编码的部分， 输出如下：
0011100000
1101110000
0110110000
0101110000
weight: 76.3
到此为止，我们已经精确地读出液晶显示屏的示数了。在我们把它用Electric Imp传到网上前，我们还是也评估一下另一个方案的优略，也就是直接读压力传感器的示数。
直接读压力传感器示数
为什么还要直接读示数呢？通过读液晶屏输出很不错，节省了读模拟电压，数据处理的烦恼。不过要焊的线真的很多，而且想再复制一个的话，必须要用一个完全一样的液晶屏的秤。因此我觉得还是有必要采用直接读实数的方法。
压力传感器的在不受压力的自然状态下阻值是1k，人站上去时候阻值大概变化了1欧左右，也就是千分之一的变化。显然直接测这个变化量是不可能的。又搜了一下怎么测这么小的变化量呢?标准答案是用惠斯通电桥(WheatStone Bridge)。体重秤已经是很成熟的技术了，有很多现成的设计了。在网上随便搜一把就能找到不少芯片和设计电路。比如这个TI的ADS1234/1232专门就是做这种传感器电桥的ADC采样的。不得不说TI做的这一套东西真的是太齐全了，连加小电容的考虑分析以及如何布线，模拟地数字地如何分开都手把手的教，就用它了吧。用电阻传感器两两搭出电桥来，两臂接这个ADS1234上，然后用Arduino读。程序在这里。现在我们首先大概假设体重传感器的阻值变化是线性的，然后导致的电桥臂上的电压变化也是一定的。ADC读出来的数字减去零点的电压再乘以一个系数基本就是最终体重了。初步的结果不是很乐观，数据抖动非常大
横轴是单位是10ms，最大的2500代表25秒。纵轴单位是千克。下边两条曲线是左边两个传感器的重量和，和右边传感器的重量和。可以看出人在站称上左右的中心的移动还是很明显的。
我们现在需要用低通平滑一下这些数据。于是还是按照TI给的参考设计电路加上电容，然后并且在Arudino的程序中取平均，这样得到的结果就好多了，可以看到最上边浅蓝色的经过Arduino平滑之后的曲线基本上很平了。(画曲线的Matlab代码在这)
平滑过后之后结果的标准差基本上在0.04kg左右，这样就基本能确定精确到100g了.
这是直接读传感器阻值的照片，线减化了不少。如果把电路放到秤里排线也可以省了。
其实现在我们还留下了不少疑问。比如如何知道压力传感器的零点阻值没有漂移呢？如何知道压力传感器的线性变化范围呢？这些问题我们到后边再来解决。
到这里我们自己用单片机度数也就基本告一段落了，剩下还需要完善的地方还很多，比如平均的算法现在收敛的太慢，需要5秒，而且单片机还没有休眠机制（秤上的触碰开关没有利用上）。还有秤的结果校准问题也没有完全弄清楚。不过据我实际测试，至少每一次的误差都在0.1kg以内，核心的功能算是告一段落了。下边我们还是继续推进，让数字能够在本地显示，并且传到远程服务器绘制图表。
未完待续
参考资料
3.TI 电桥传感器芯片ADS1234/1232 和参考电路设计