目前的体重电子秤只具有称体重的功能，并不能将这些数据存储下来，也不能给出体重变化趋势,更不 能在使用者体重超标时给出提醒。本设计对传统的体重秤进行改造，使之具有无线传输的功能。即当 用户称完体重后，按一下按钮，体重值会通过无线传输设备传到接收平台。接收平台会将收到的数据进 行存储,并对数据进行分析，如果数据超过预先设定的阈值，会通过短信网关发短信给用A提前注册时 登记的手机号提醒用户注意饮食，从而达到用户对自己的体重进行控制的目的。
目前的体重电子秤只具有称体重的功能，并不能将这 些数据存储下来，也不能给出体重变化趋势，更不能在 使用者体重超标时给出提醒。
记录体重变化的趋势,并体重超过某个设定的域 值时通过发短信的方式给用户提醒，对于控制体重的 人来说是有个有效的辅助手段。特别是对于正在发育 的婴儿，高血压、高血糖等身体状况与体重密切相关的 人群来说,该功能不仅可以帮助医生了解病人的体重 变化趋势，而且可以帮助用户对自己的体病变化进行 了解和记录，从而对日后的营养计划提供依据,提高健 身活动的合理性、针对性和科学性。另外，对于广大用户的体重变化数据的记录并进行大数据分析，可以了 解我国人口的营养情况、生活发展水平、体重与疾病的 关系等各项指标。
随着人们生活水平的提髙,人们对健康的追求越 来越髙;随着物联网大数据移动互联网技术的发展及 在各行业的应用，通过物联网采集数据并传至大数据 平台进行分析的应用模式越来越多。在该大背景下, 本设计应运而生。
随着国外品牌Withings在2013年CES发布第一 款全新智能身体分析秤，各个品牌的分析秤便纷至沓 来。这些体重秤与一般的电子体重秤没有太大区别， 更多的是能够测试用户体脂肪以及BMI参数，甚至还 能测量用户心跳和空气质量监测等。
本设计在现有体重电子秤的基础上增加了新的功能， 对传统的体重秤进行改造,使之具有无线传输的功能。 即当用户称完体重后，按一下按钮，体重值会通过无线 传输设备传到接收平台。接收平台会将收到的数据进 行存储，并对数据进行分析,如果数据超过预先设定的 阈值，会在吃饭时间通过短信网关发短信给用户提醒 用户注意饮食,从而达到帮助用户对自己的体重进行 控制的目的。另外，还可以将体重值记录下来并生成 体重变化曲线。
1.系统设计
1.1系统框图
基于物联网技术的智能体重秤的设计包括:体重 秤主体、通信服务器、数据库服务器、Web服务器、移 动终端应用。通信服务器、数据库服务器与Web服务 器一起构成了体重管理系统的后台服务端。移动终端 应用安装在智能手机上,并通过移动网络与体重管理 系统相连接。系统框图如图1所示。
1.2各部分功能描述
1.2.1 体重秤
体重电子秤除了具有普通秤所具有的称重功能外，还 具有无线通信模块，具有将数据通过无线通信技术发 送到外网的功能。考虑到一个家庭中每个体重秤可能 会被多个人使用,在设计体重秤时设计多个按钮,每个 按钮与一个人对应。每个体重秤都有一个全球惟一的 SN，用来区分不同的体重秤。SN加上按钮编号用来 惟一确定一个用户。数据传输协议中要明确SN和按 钮编号。数据通过TCP协议发送至通信服务器。每 个体重秤都是TCP客户端。通过无线网络连接,接人 具有固定IP地址的通信服务器。SN、按钮编号及体重 数据构成一个数据包一次发送。每称一次超重体重， 秤都有一个建立连接、发送数据、断开连接的过程。
1.2.2通信服务器
通信服务器的主要功能是充当TCP连接的服务 器端。通信服务器程序接受来自体重秤的连接，解析 数据,得到体重秤SN、按钮编号、体重值，并将该信息 写人数据库中。
当设备数量众多时,通信服务器的压力比较大。 为此通信服务器采用异步连接的方式接收来自于体重 秤的数据。实际开发中发现，由于无线连接有时会出 现假连接现象，即实际上设备巳经断开连接了 ,但无线 连接的不稳定性会造成一种假象，在服务器端连接仍 然保持,而且不会自己断掉。这种假连接现象的缺点 是,当通信程序运行时间过长，总连接数就会超过服务 器能接收的最大连接数,从而新的设备就连不上去。 为了避免该现象的出现,可以对每个连接的数据发送 时间进行监控。如果发现在15 min之内没有数据发 送和接收，则由服务器端程序主动断开连接。
通信服务器的另一功能是将数据写人数据库中。 当设备数量众多时,并发访问压力大,为了减轻数据库 的压力,采取的措施有两点:一是采用了数据库连接池 机制;二是将1 min之内的数据先放到内存中存储。1 min后统一写入数据库中。这样大大减少了数据库访 问的压力。
1.2.3数据库服务器
数据库服务器采用MongoDB数据库。MongoDB 是由C++语言编写的高性能、开源、无模式的文档型 分布式文档存储数据库，旨在为Web应用提供可扩展 的高性能数据存储解决方案,是当前NoSql数据库中 比较热门的一种。它在许多场景下可用于替代传统的 关系型数据库或键/值存储方式。MongoDB是一个介 于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系 数据库当中功能最丰富、最像关系数据库的。它支持 的数据结构非常松散，是类似json的bjscm格式，因此 可以存储比较复杂的数据类型。其最大的特点是支持 的查询语言非常强大，其语法有点类似于面向对象的 査询语言，几乎可以实现类似关系数据库单表査询的 绝大部分功能,而且还支持对数据建立索引。具有高 性能、易部署、易使用,存储数据非常方便的特点。并 且MongoDB通过连接器能够作为Hadoop MapReduce 的数据源和数据存储目的库，这为日后进行大数据分 析奠定了基础。
1.2.4 Web服务器
Web服务器提供了 B/S架构的程序,用于支持用 户从PC端或手机端访问自己的体重数据、查看体重 变化曲线及根据用户提前填写的体重阈值，当体重超 过阈值时，会通过短信网关发短信提醒用户注意饮食。
Web服务器的作用有以下几方面。
①用户注册登录。用户初次使用体重秤时需要 先注册,注册时输人体重秤的SN,针对不同按钮号输 人用户姓名、昵称、密码、年龄、性别、身高、血压、血糖、 血脂、体重阈值、绑定手机号、通知时间等信息。这些 初始信息将体重秤的某一个按钮传送上来的数据与某 个人绑定,有助于对数据进行管理以及提醒。以后使 用时只需要登录即可看到自己的相关信息。
②信息展示。当用户通过手机端或PC端登录体 重管理平台,输入昵称和密码后,会分别以表格形式和 曲线形式显示用户的体重变化趋势图，曲线图上有 BMI计算结果作为标准体重参考值。用户可以査询自 己任一时段的体重值及变化曲线，从而针对自己在彼 时的生活习惯做出对控制体重有利的调整。
③临界提醒。当用户的体重超过所设的阈值或 超过BMI指数上限时，通过短信网关在用户规定的时 间发送短信给绑定手机提醒用户控制饮食。
Web服务器设计时采用Java语言，Tomcat服务器。
设计时要考虑多个用户并发访问时系统的负载能力。
④界面设计。体重数据展示的Web页面如图2 所示。
左侧显示的是BMI指数简介;右上图显示了用 户的基本信息和一个月内用户的体重值;右下图则给 出用户体重的变化曲线。通过体重变化曲线，用户可 以预测自己未来的体重从而对自己的体重进行控制。
2.体重电子秤设计
对传统体重电子秤进行改进,设计一种具有无线传输 功能的低成本、低功耗的体重秤，是本文的另一个重 点。以下给出体重秤的软、硬件设计模块图。
2.1体重电子秤硬件模块图
图3所示是一种低成本、低功耗的电子秤的硬件 模块图。该设备采用电池供电，能够通过A/D采集来 自重力传感器的数据，对所得原始信息按一定算法处 理,并通过LCD显示当前所采集样值。用户可通过按 键操作与节点交互，将数据上传至平台。通过串口连 接GPRS无线通信模块。该模块能将所采集的数据传 送至远方平台。
采用低功耗MSP430处理器，电池分3路分别给 重力传感器、处理器及显示器和无线模块供电。这样 能达到节省能耗的目的[4]。
2.2软件流程图
由于该系统功比较简单，并且为了节省资源和能 量消耗，在该设备的软件设计中没有上操作系统,而是 使用状态机的方式来完成数据采集、显示、无线通信， 及与用户的交互功能。整个系统的软件流程图如图4所示。
在图4所示的软件流程 图中，系统在大部分时间处 于LPM3睡眠模式，由定时器 中断每隔0.5 S将系统唤醒。
系统醒来后，完成需要处理 的事务，如数据采集、处理、
显示更新、按键检测、无线通 信等。处理完毕后，又进入 LPM3睡眠模式。到下一个 0.5 s又会被定时器中断唤醒。用这种方式实现了系 统状态的转换,并且达到了低功耗的要求。
软件采用状态机方案，并通过待时使传感器节点 进入LPM3深度睡眠模式、发送完数据后关掉无线模 块、A/D采样完后关闭内部参考电源、发送数据时暂 时关掉LCD背光以减小总工作电流等措施，使得静态 电流减小了 0. 6 mA左右。由于节点处于静态电流消 耗的时间占有节点工作的大部分时间,减小静态电流， 虽然只是一点点，但能极大地增加整个设备的电池寿命。
2.3硬件低功耗设计
硬件设计根据功能以及低功耗设计的需要，分为 三部分。其设计的中心是低功耗设计。第一部分为传 感器电路设计，传感器电路将原始模拟信号经过放大 整形处理,以便于MCU进行A/D采集;第二部分为数 字电路以及人机接口设计，包括A/D采集、LCD实时 数据和状态显示以及将数据和状态实时发给无线模 块;第三部分为无线模块应用设计,主要是无线模块电 源以及数据接口设计。低功耗硬件设计的关键技术是 电源分割、隔离、低功耗等技术。
3.结束语
本文结合物联网技术、无线通信技术对普通的体 重秤进行改造,设计出了一种具有低功耗无线传输功 能的新型体重秤，并给出了整个体重管理系统的设计 方案。该系统不仅能测量人体体重，而且能在Web端 存储体重数据并根据人体的身高、年龄，判断人体健康 状态。
描述了各部分的作用及在实现过程中遇到的困难 及解决方法。该设计对于了解自己身体的详细变化情 况、进行合理的饮食规划及预防疾病具有非常现实的 意义。
