1 ?概述

目前市面上的體脂秤按電極數(shù)分類主要為四電極、八電極。八電極體脂秤如圖1所示，能結(jié)合基于大數(shù)據(jù)日益優(yōu)化的人體體征數(shù)據(jù)模型，更準(zhǔn)確地測(cè)出不同身體部位的體脂。

圖1 八電極體脂秤

2 ?八電極體脂秤的基本功能

1、體重測(cè)量：站上秤面，穩(wěn)定后能準(zhǔn)確顯示體重?cái)?shù)據(jù)；

2、脂肪率測(cè)量：光腳站上秤面，腳部與秤面電極保持良好接觸，手部握住帶電極的手柄，體脂秤便可測(cè)量出人體阻抗，通過算法分析得到體脂率；

3、電壓檢測(cè)：電池電量不足時(shí)，會(huì)有電量不足的提示；

4、用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：測(cè)量體脂率需要性別，年齡，身高等用戶數(shù)據(jù)，體脂秤一般都帶有用戶數(shù)據(jù)保存功能，方便用戶使用。

3 ?八電極體脂秤測(cè)量體脂的原理

近幾年，測(cè)量體脂最為常見的生物電阻測(cè)量法（Bio-impedance analysis，簡(jiǎn)稱BIA），在很短的時(shí)間內(nèi)就能獲得比較準(zhǔn)確的測(cè)量值。

BIA測(cè)量法的主要原理是將身體簡(jiǎn)單分為導(dǎo)體的體液、肌肉等，以及不導(dǎo)電的脂肪組織，測(cè)量時(shí)由電極片發(fā)出極微小交流電流經(jīng)過身體，若脂肪比率高，所測(cè)得的生物阻抗較大，若脂肪比率低，所測(cè)得的生物阻抗較小。

BIA方法的本質(zhì)是測(cè)量人體阻抗，體脂秤一般是通過秤體表面的電極或者ITO導(dǎo)電玻璃測(cè)試人體阻抗。因此，八電極的體脂秤需雙手和雙下肢都接觸電極，當(dāng)接觸電極之后，芯片內(nèi)部產(chǎn)生微弱交流電壓信號(hào)分不同通路及不同頻率測(cè)量出四肢和軀干的阻抗值，人體阻抗測(cè)量方案如圖2所示。

結(jié)合被測(cè)者的身高、體重、年齡、性別等數(shù)據(jù)，擬合計(jì)算出體脂率等人體健康參數(shù)，如圖3所示。

圖2 阻抗測(cè)量方案示意圖

圖3 人體成分的細(xì)分模型示意圖

4 ?基于SD93F115八電極體脂秤方案

本文將重點(diǎn)介紹基于晶華微SD93F115芯片的八電極體脂秤應(yīng)用。如圖4所示，SD93F115芯片資源豐富，具有高精度ADC，能準(zhǔn)確測(cè)量出體重?cái)?shù)據(jù)；自帶LCD驅(qū)動(dòng)和可分頻的正弦波發(fā)生器，不需要專門的LCD驅(qū)動(dòng)芯片和交流整流電路便可實(shí)現(xiàn)八電極體脂秤的顯示和體脂測(cè)量功能，并且?guī)в?路ADC單端通道，足夠八電極體脂秤分段測(cè)量人體四肢和軀干的體脂率；自帶電壓檢測(cè)，不需要低壓檢測(cè)芯片便可實(shí)現(xiàn)電池電量檢測(cè)功能，并且檢測(cè)電壓2.0~5.3V可調(diào)整；有120k Bytes FLASH存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，并且有額外1k Bytes的用戶數(shù)據(jù)區(qū)可用于用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，非常契合八電極體脂秤的方案。硬件方面，只需要很少的外圍元器件就可以實(shí)現(xiàn)八電極體脂秤應(yīng)用方案。軟件方面，SD93F115芯片可使用C語言進(jìn)行軟件開發(fā)，同時(shí)還提供完整的SDK和庫函數(shù)，方便軟件工程師開發(fā)，并且有強(qiáng)大的技術(shù)團(tuán)隊(duì)提供技術(shù)支持，有效降低產(chǎn)品研發(fā)門檻，可大大縮短項(xiàng)目開發(fā)周期。

圖4 八電極體脂秤方案框圖

5 ?基于SD93F115的八電極體脂秤原理圖

圖5 基于SD93F115的八電極體脂秤原理圖

6 ?SD93F115芯片性能特點(diǎn)

SD93F115是由杭州晶華微推出的帶有豐富外圍資源的32位MCU芯片，主要應(yīng)用于血壓計(jì)、脂肪秤、血糖儀、紅外測(cè)溫等領(lǐng)域，有以下特點(diǎn)：

ADC

高精度ADC，ENOB = 18.2bits@8sps (Gain = 256)，4個(gè)差分通道或者8個(gè)單端通道。

低噪聲高輸入阻抗前置放大器，1、4、8、16、32、64、128和256倍增益可選，帶offset校正功能。

內(nèi)置12位SAR ADC，帶自校準(zhǔn)功能，采樣時(shí)間及工作模式可選。

存儲(chǔ)器

120k Bytes FLASH，8k Bytes Boot，8k Bytes SRAM。

系統(tǒng)時(shí)鐘

內(nèi)置24MHz高頻RC振蕩器和32kHz低頻RC振蕩器，并且支持8~24MHz晶體振蕩器做系統(tǒng)時(shí)鐘。

LCD驅(qū)動(dòng)

帶LCD驅(qū)動(dòng)模塊，支持4COM x 44SEG、5COM x 43SEG、6COM x 42SEG和8COM x 40SEG四種驅(qū)動(dòng)模式；具有超低功耗和大驅(qū)動(dòng)能力設(shè)計(jì)，內(nèi)含程控升壓模塊，可以在低壓條件下維持高亮顯示；驅(qū)動(dòng)電壓可選，2.7~5.2V。

正弦波發(fā)生器

內(nèi)置正弦波發(fā)生器，輸出頻率可選：5kHz、50kHz、100kHz、200kHz，支持八電極BIA測(cè)脂。

電源管理系統(tǒng)

內(nèi)置低壓檢測(cè)電路，包括一個(gè)8 bits DAC和一個(gè)rail to rail 輸入的比較器，以實(shí)現(xiàn)靈活的電池檢測(cè)和觸摸按鍵檢測(cè)等功能。電壓檢測(cè)范圍2.0~5.3V。

內(nèi)置傳感器激勵(lì)輸出，輸出電壓可選，2.4~4.5V，步長(zhǎng)為0.3V。

通信

內(nèi)置2路UART通信接口，待機(jī)時(shí)RXD0/RXD1下降沿自動(dòng)喚醒MCU。

內(nèi)置1路I2C通信接口。

內(nèi)置1路SPI通信接口。

溫度傳感器

內(nèi)置硅溫度傳感器，可以單點(diǎn)校正，支持自動(dòng)正反測(cè)。

低功耗

典型工作電流：400μA/MIPS@3.3V，休眠電流3μA，待機(jī)狀態(tài)下加RTC低于6μA。

7 ?總結(jié)

SD93F115與其他通用MCU相比，在八電極體脂秤應(yīng)用上可節(jié)省大部分外圍元器件，加之高效的軟件技術(shù)支持，價(jià)格和時(shí)間成本上具有較大的優(yōu)勢(shì)。

審核編輯：符乾江