基于4位单片机的脂肪秤方案设计-电子工程世界

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脂肪秤又称健康秤，能测出不同时间人体的脂肪和水分等所占比例，从而反映出人体在不同时间的健康状况。由于测试人体电阻时，需要人体和测试电极直接接触，所以脂肪秤产品要有很强的抗ESD静电干扰性能，本文介绍基于4位单片机SH66P58的脂肪秤方案设计，并对量产设计可能发生的问题做了相关说明。

系统硬件设计

本方案选用中颖开发的4位单片机SH66P58作为主控芯片，实现控制和信号采集处理功能。SH66P58是一款CMOS 4位单片机，该器件集成了SH6610D CPU内核、RAM、ROM、定时器、LCD驱动器、I/O端口、16位Σ-ΔADC、升压及稳压电路、蜂鸣音发生器、PWM，而且内建PLL以及看门狗定时器，低电压复位和低电压检测电路。

主系统硬件架构如图1所示，主要由电池、LCD屏、按键、压力传感器、测脂电路和EEPROM数据存储器组成。外围电路非常简单，既节约了成本，又增强了可靠性。LCD玻璃、按键、压力传感器和EEPROM芯片直接与SH66P58的管脚连接。测人体电阻电路由运放和部分电阻电容组成，此电路需要的激励方波信号由SH66P58内部集成的PWM模块产生，节省了信号发生电路。

图 1 系统硬件架构

系统软件设计

本文仅列出主要功能的流程图，如图2所示。软件中很重要的一个环节就是计算脂肪比例，下面简单介绍科学家Lukaski和Bolonchuk研究的脂肪含量计算公式。

图 2 主程序流程图

人体总水分 = 0.372(S2÷R) + 3.05(Sex)+0.142(W)-0.069(Age)

脂肪质量 = 体重-人体总水分÷0.73

其中，S表示身高(厘米)，R表示测量的人体电阻(欧姆)，W表示体重(千克)，Sex表示性别(男=1，女=0)，Age表示年龄。

ESD抗干扰措施

因为居家脂肪秤需要和人体频繁直接或间接接触，所以ESD静电防护成为设计中一个重要的部分。接触点主要分两部分：一是电极和人体直接接触；二是按键和机壳等和人体间接接触。一般来说，IC的I/O管脚很难达到很高的抗ESD静电干扰级别(比如8kV)，因此产品设计中就要在IC外围电路中增加相关的抗干扰措施。

电极处理

分别在两个电极的接入点(一定要选择在电路板的边缘，以减少对电路板其他器件的静电耦合)增加二极管、电阻和电容保护电路，如图3所示。

图 3 电极静电保护电路

按键处理

由于芯片对按键信号的上升及下降沿的时间允许范围较大，所以可以在按键输入脚对地加0.1μF电容。电容对尖脉冲有一个先充电再放电的过程，以达到抑制静电脉冲的作用。如果要求更高的抗静电级别，还可以在按键和SH66P58芯片之间增加100欧姆左右的电阻，电阻可以降低静电脉冲的幅值，部分静电能量被转化为热能释放。

量产设计注意事项

SH66P58内部有2块稳压电路，一块给ADC模块供电，一路给参考电压及传感器供电。在两个稳压输出脚上需要接4.7μF的电容，待机模式下这两个电压不输出，以节约功耗。

当开启稳压输出时，输出脚上的电容会瞬间充电，此时如果VDD上没有较大电容，且VDD上串一个电阻(可以增强抗静电特性)，VDD上将会出现一个负脉冲，很容易导致IC复位等问题。所以VDD上不可以串电阻，且适当加大VDD对地的电容(比如47μF)。另一方面在开两个稳压输出之间延时1个毫秒，降低瞬间大电流。

电池可采用一节3V或2节3V，如果是1节3V电池供电，需要开启SH66P58内部的升压电路，以保证3V参考电压的稳定输出；如果是2节3V电池供电，则需要在芯片外部加一个LDO芯片，把电压降为3.6V等，这样既能降低功耗又能保证3V参考电压的稳定输出。

目前已有厂家采用SH66P58设计脂肪秤，且实现量产，产品性能良好，稳定可靠，产品出口到多个国家和地区。SH66P58除了可以应用于体重秤、脂肪秤，还可以应用于耳温枪等产品。

关键字：单片机脂肪秤 SH66P58 引用地址：基于4位单片机的脂肪秤方案设计

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