智能體脂秤又稱健康秤,，能測出不同時間人體的脂肪和水分等所占比例,，從而反映出人體在不同時間的健康狀況。由于測試人體電阻時,，需要人體和測試電極直接接觸,，所以脂肪秤產(chǎn)品要有很強的抗ESD靜電干擾性能,，本文介紹基于4位單片機SH66P58的智能體脂秤方案設(shè)計，并對量產(chǎn)設(shè)計可能發(fā)生的問題做了相關(guān)說明,。

智能體脂秤方案系統(tǒng)硬件設(shè)計

本方案選用中穎開發(fā)的4位單片機SH66P58作為主控芯片,，實現(xiàn)控制和信號采集處理功能。SH66P58是一款CMOS 4位單片機,，該器件集成了SH6610D CPU內(nèi)核,、RAM、ROM,、定時器,、LCD驅(qū)動器、I/O端口,、16位Σ-ΔADC,、升壓及穩(wěn)壓電路、蜂鳴音發(fā)生器,、PWM,，而且內(nèi)建PLL以及看門狗定時器，低電壓復(fù)位和低電壓檢測電路,。

主系統(tǒng)硬件架構(gòu)主要由電池,、LCD屏、按鍵,、壓力傳感器,、測脂電路和EEPROM數(shù)據(jù)存儲器組成。外圍電路非常簡單,，既節(jié)約了成本,，又增強了可靠性。LCD玻璃,、按鍵,、壓力傳感器和EEPROM芯片直接與SH66P58的管腳連接。測人體電阻電路由運放和部分電阻電容組成,，此電路需要的激勵方波信號由SH66P58內(nèi)部集成的PWM模塊產(chǎn)生,，節(jié)省了信號發(fā)生電路。

智能體脂秤方案系統(tǒng)軟件設(shè)計

本文僅列出主要功能的流程圖,，如圖所示,。軟件中很重要的一個環(huán)節(jié)就是計算脂肪比例，下面簡單介紹科學(xué)家Lukaski和Bolonchuk研究的脂肪含量計算公式,。

人體總水分 = 0.372(S2÷R) + 3.05(Sex)+0.142(W)-0.069(Age)

脂肪質(zhì)量 = 體重-人體總水分÷0.73

其中，S表示身高(厘米),，R表示測量的人體電阻(歐姆),，W表示體重(千克),，Sex表示性別(男=1，女=0),，Age表示年齡,。

ESD抗干擾措施

因為居家脂肪秤需要和人體頻繁直接或間接接觸，所以ESD靜電防護成為設(shè)計中一個重要的部分,。接觸點主要分兩部分：一是電極和人體直接接觸,；二是按鍵和機殼等和人體間接接觸。一般來說,，IC的I/O管腳很難達到很高的抗ESD靜電干擾級別(比如8kV),，因此產(chǎn)品設(shè)計中就要在IC外圍電路中增加相關(guān)的抗干擾措施。

電極處理

分別在兩個電極的接入點(一定要選擇在電路板的邊緣,，以減少對電路板其他器件的靜電耦合)增加二極管,、電阻和電容保護電路，如圖3所示,。

按鍵處理

由于芯片對按鍵信號的上升及下降沿的時間允許范圍較大,，所以可以在按鍵輸入腳對地加0.1μF電容。電容對尖脈沖有一個先充電再放電的過程,，以達到抑制靜電脈沖的作用,。如果要求更高的抗靜電級別，還可以在按鍵和SH66P58芯片之間增加100歐姆左右的電阻,，電阻可以降低靜電脈沖的幅值,，部分靜電能量被轉(zhuǎn)化為熱能釋放。

智能體脂秤量產(chǎn)設(shè)計注意事項

SH66P58內(nèi)部有2塊穩(wěn)壓電路,，一塊給ADC模塊供電,，一路給參考電壓及傳感器供電。在兩個穩(wěn)壓輸出腳上需要接4.7μF的電容,，待機模式下這兩個電壓不輸出,，以節(jié)約功耗。

當(dāng)開啟穩(wěn)壓輸出時,，輸出腳上的電容會瞬間充電,，此時如果VDD上沒有較大電容，且VDD上串一個電阻(可以增強抗靜電特性),，VDD上將會出現(xiàn)一個負(fù)脈沖,，很容易導(dǎo)致IC復(fù)位等問題。所以VDD上不可以串電阻,，且適當(dāng)加大VDD對地的電容(比如47μF),。另一方面在開兩個穩(wěn)壓輸出之間延時1個毫秒，降低瞬間大電流。

電池可采用一節(jié)3V或2節(jié)3V,，如果是1節(jié)3V電池供電,，需要開啟SH66P58內(nèi)部的升壓電路，以保證3V參考電壓的穩(wěn)定輸出,；如果是2節(jié)3V電池供電,，則需要在芯片外部加一個LDO芯片，把電壓降為3.6V等,，這樣既能降低功耗又能保證3V參考電壓的穩(wěn)定輸出,。

目前已有廠家采用SH66P58設(shè)計脂肪秤，且實現(xiàn)量產(chǎn),，產(chǎn)品性能良好,，穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品出口到多個國家和地區(qū),。SH66P58除了可以應(yīng)用于體重秤,、脂肪秤，還可以應(yīng)用于耳溫槍等產(chǎn)品,。