脂肪秤基础学习知识原理讲解分析.doc

.\ 脂肪秤原理讲解 一．原理讲解： 脂肪秤的原理有电源、复位、内部升压、显示驱动、A/D转换、背光、低压检测、测脂等部分电路组成。下面讲解一下电路的各个功能组成部分： 1、电源部分： 脂肪秤的供电电压一般为3~9V，是否要稳压主要是由供电电压来决定，当供电电压大于3V时就要做稳压，当产品要带背光时，因为工作电流较大，必须要4.5V以上供电，所以必须要稳压电路。C9、C24为电源滤波电容，若损坏时会出现内码不稳的故障。 2、复位电路： 复位电路由R6、C8组成。电路在上电或开机时，因电容的端电压不能突变，芯片的RST复位端在低电平的作用下复位，使芯片内部从程序的开始部分开始正常运行，电路正常工作。当R6和C8有损坏或焊接不良时，会导致不能正常开机。 3、内部升压： 如果系统用3V供电必须用升压，内部升压电路是集成在芯片内的，C5、C6、C7电容是升压电路的外接元件，若选择内部升压，就必须接这三个电容，若没有连接或焊接不良会导致电路工作不稳定。升压时，C5、C6、C7用105电容，不用接R42、R43,必须接R41，如果系统用3.3V或者3.6V供电不需要升压，C5用104电容，不接C6、C7和R41，但必须接R42、R43。升压时R41为LCD显示的限流电阻，不升压时R42为LCD的限流电阻，限流电阻一般取5.1~10K之间。 4、显示驱动： 显示驱动电路是集成在芯片内的，C1、C2、C3电容是显示驱动电路的外接元件，当这三个电容有损坏或焊接不良时，会导致暗画、画面晃动等现象。 5、称重信号A/D转换： A/D转换电路是实现把模拟信号转换成数字信号的一个转换器，电路工作是否稳定会 直接影响称重的准确度和稳定度。组成这个部分的元器件也比较多，下面讲一下各个元器件损坏后会对电路有何影响。 5.1 C11电容：是一个低通滤波电容，虚焊或损坏会导致称重不稳定。 5.2 C12电容：是偏压电路的外接电容，虚焊或损坏会导致称重不稳定。 5.3 C13电容：是模拟地AGND的滤波电容，虚焊或损坏会导致不稳定或内码封顶。 5.4 R1、R2、R3、R4电阻：是模拟信号放大器的放大电阻，改变这些电阻的阻值可以改变电路的放大倍数。这些电阻虚焊或损坏会导致不稳定或内码封顶。 5.5 R7、R8、R9、R10电阻：是调零电阻，可以改变R8、R9的阻值来调整零点，按照经验值，R7、R10取100KR, R8、R9取10KR。 5.6 C14电容：这个电容是功能IC的电源滤波，作用是为了防止高频信号损坏功能IC，虚焊或损坏有可能会导致功能IC不能正常工作，甚至损坏。 6、背光电路： Q5为背光控制三极管，R45、R46为限流电阻，一般采用VDD供电给背光板，这样背光的亮度不会随着电源电压的降低而变暗，采用VBAT供电则背光的亮度会随着电源电压的降低而明显变暗，一般不采用此供电方式，另外背光的限流电阻最好采用0805装的电阻，这样通过的电流可以大些，不至于损坏限流电阻。 7、低压检测电路： 低压检测电路分两种，低压检测1和低压检测2，低压检测1适用于3V供电，低压检测2适用于4.5~9V供电。低压检测1、有三个电阻，R12、R12*、R13，平时用R12、R13分压检测低压就可以了，R12*备用，当用R12、R13不能分压到理想值时采用R12*和R12并联后再与R13分压，当AD4检测到电压值低于1.2V时，程序处理显示低压符号。对于低压检测2, Q3为低电压检测控制三极管，PT22高电平时，低压检测开通，Q2集电极电压约等于Vbat ，R36、R36*、R37为分压电阻，当用R36和R37不能得到理想的分压值时，可以用R36*、R36、R37三个电阻得出较理想的分压值。 8、测脂电路：采用我司自主开发的测脂芯片，目前在用的有裸片（型号:CY0106）和贴片 (BIA01)两种封装形式,裸片比贴片便宜些，主要用于公司内部成品。脂肪测试电路大部分在内部集成，以下介绍一下相关的外围电路: 8.1 C15、C16：分别是VS和SAGND的滤波电容，损坏会影响测脂精度； 8.2 R15、R16、C17、C18 RC串并选频网络，和芯片里面的放大器组成频率振荡器，产生50KHz的频率，R15、R16采用1%误差精阻，C17、C18采用2%误差电容。 8.3 R17具有对测脂信号限流作用，调整其值可以调整通过人体的电流大小，也可 以微调脂肪的大小，当BIA芯片测脂功率偏低时，可以调整R17来调整脂肪的大小，减少R17可以使脂肪值变大。 8.4 R18、R19为测脂参考电阻，程序通过检测R18 (300R)两端压降及R18和R19串联后800R的压降，可以求出每欧电阻对应的压降，同时经过检测人体生理电阻产生的压降差，可以求得人体的生理电阻。R18、R19参考电阻的精度对测量精度起重要作用，因此它们都用1%的精阻。 8.5 R24、R25 两个电阻分压后信号FAT_REF的电压值为测脂信号AD转换的电压参考。 图（1）测脂电路 9、 人体脂肪秤测量原理： 9.1 BIA脂肪测量原理： 高频电流对人体脂肪的穿透性远远小于对其他人体组织（例如肌肉、血液等）的穿透性。也就是脂肪的电阻抗比其他组织的电阻抗大得多。当我们用高频的电流去测量人体的阻抗时，人体内脂肪的含量越高则阻抗值越高，所以我们可以通过用高频电流测量人体的阻抗，结合人体的身高、体重、年龄、性别等参数来判断体内脂肪含量的高低。 9.2 测量方法： 如下图,脂肪秤通过左右脚的两个电极（E0、E3）向人体施加微弱的、高频的、电流恒定的正弦波（50kHz, 0.3mA）；再从另外两个电极（E1、E2）检测到电压信号，该信号经过放大、整流、A/D转换以及经CPU处理后计算出人体的阻抗，然后再结合人体的身高体重等参数计算出人体脂肪、水分、肌肉、骨头等的含量。 图（2） 9.3 脂肪测量部分框图 图（3） 9.4 模拟测脂肪的原理： 既然测量人体脂肪主要是测量人体在高频电流下的电阻,在测试我司线路板时,我们可以在测量电路上接入一定的电阻,那只要电路测量电阻正确,结合一定的运算,则所显示的脂肪,水分率就会正确(功能IC正确的前提下),所以模拟电阻测量是可以验证我司线路板测脂肪电路的好坏,也避免了用人体验证的麻烦及重复性差的不足,以下是图解： 测脂前设置(一般功能IC已写入)， 预置: 性别:男,年龄30,身高165CM（有时需要根据客户的需求设置默认参数） 接线方法如下 图（4） 说明:R1~R4为250模拟接触欧电阻,R5为550欧模拟人体电阻。 模拟电阻测试点不能打胶，否则脂肪出错！ 测试点 图（5） 9.5 BIA芯片的两种封装： 原贴片封装BIA01 邦定CY0106，性能不变 图（5） 二、功能设置： 1.0 目的 为保证我司研发部电子工程师所设计产品的合理性、一致性、可靠性，以满足公司和客户的品质要求，性能要求。特制定本在规范。 2.0 适用范围 本公司所有研发部电子工程师,软件工程师等。 3.0规范内容 人体秤/脂肪秤通用设定 序号 功能名称 规定值 说明 1. 起磅重量 5.0kg0.1kg 起磅重量,设定为1/4D,若设50d起磅,则设49.5*4=198(C6h) 2. 超载值 超载值=满量程*（1+1.5%） KG单位取整数 定出KG的超载值后，根据: 1KG=2.2046LB, 1ST=14LB 定出LB，ST值。 KG LB ST：LB 满量程 超载值 满量程 超载值 满量程 超载值 120 122 265 269 18：13 19：3 136 138 300 305 21:6 21:11 150 152 330 335 23：8 23：13 160 162 353 357.2 25：3 25：7 180 183 397 403.4 28：5 28：12 200 203 441 447.6 31：7 32：00 3. 上电默认单位 kg 4. 单位转换顺序 KgST:LBLB 专指按键选单位 5. 单位转换顺序 ST:LB Kg LB 拔动开关选单位(中间为KG) 6. 记忆范围 0.3kg0.1kg 7. 记忆时间 30秒5秒 8. 校磅点（三点） 第一点50kg,第二点100kg,第三点150kg 9. 低压显示 Lo 10． 超载显示 上四划“----” 11． 显示0.0的时间 10秒 12． 不稳定关机时间 10秒 13． 锁定关机时间 10秒 14． 锁定显示 锁定时闪动两下 15． 重量稳定范围 判稳定条件1.5d/1.5s,以4个码1个d,AD速度5Hz为例,应设定6个码8次 前4bit为稳定范围(1/4)，后4bit为判断次数，建议值43h，表示连续3次内码变化在16个码以内， 则认为内码稳定 16 脂肪稳定范围 16个码,3次(10个码/欧姆) 前4bit为稳定范围，后4bit为判断次数，建议值86h，表示连续6次内码变化在8个码以内， 则认为内码稳定 17． 脂肪上限值 80% 18． 脂肪下限值 5% 19． 自动识别范围 2kg 2、AUTO-ON人体秤/脂肪专用设定 序号 功能名称 规定值 说明 1 开机灵敏度相关参数 A、 遇到干扰开机时，降低1级灵敏度 B、 上电开机时，初始化为3个级别的开机灵敏度 C、 定期调整开机灵敏度时，需保持3个级别的开机灵敏度 2 检测重量时延迟时间 500us 3 通信之前打开传感器 通信之前打开传感器（E+） 硬件要用E+供电给CY0208 4 CY0208通信端口 工作时置SCL,SDA为高电平 5 调级时刷新零点的范围 20 kg 对应的内码,1表示64个码 6 定期刷新零点时的范围 5kg 7 刷零时间 2小时。 8 刷新零点的温度变化条件 每16分钟测温一次,若温度变化超过5℃则刷新零点 温度每变化1度，温度码大概变化18个码；（3CH=3度） 新设计的软件不用测温 9 防提起功能 开启 3、LEIFHEIT人体秤/脂肪专用设定 序号 功能名称 规定值 说明 1 锁定显示 锁定时显示单位 2 防提起功能 关闭 3 显示0.0时间 20秒 4 不稳定关机时间 15秒 5 锁定关机时间 5秒