1 ?概述

目前市面上的體脂秤按電極數分類主要為四電極、八電極。八電極體脂秤如圖1所示，能結合基于大數據日益優化的人體體征數據模型，更準確地測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、體重測量：站上秤面，穩定后能準確顯示體重數據；

2、脂肪率測量：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，體脂秤便可測量出人體阻抗，通過算法分析得到體脂率；

3、電壓檢測：電池電量不足時，會有電量不足的提示；

4、用戶數據存儲：測量體脂率需要性別，年齡，身高等用戶數據，體脂秤一般都帶有用戶數據保存功能，方便用戶使用。

3 ?八電極體脂秤測量體脂的原理

近幾年，測量體脂最為常見的生物電阻測量法（Bio-impedance analysis，簡稱BIA），在很短的時間內就能獲得比較準確的測量值。

BIA測量法的主要原理是將身體簡單分為導體的體液、肌肉等，以及不導電的脂肪組織，測量時由電極片發出極微小交流電流經過身體，若脂肪比率高，所測得的生物阻抗較大，若脂肪比率低，所測得的生物阻抗較小。

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

結合被測者的身高、體重、年齡、性別等數據，擬合計算出體脂率等人體健康參數，如圖3所示。

圖2 阻抗測量方案示意圖

圖3 人體成分的細分模型示意圖

4 ?基于SD93F115八電極體脂秤方案

本文將重點介紹基于晶華微SD93F115芯片的八電極體脂秤應用。如圖4所示，SD93F115芯片資源豐富，具有高精度ADC，能準確測量出體重數據；自帶LCD驅動和可分頻的正弦波發生器，不需要專門的LCD驅動芯片和交流整流電路便可實現八電極體脂秤的顯示和體脂測量功能，并且帶有8路ADC單端通道，足夠八電極體脂秤分段測量人體四肢和軀干的體脂率；自帶電壓檢測，不需要低壓檢測芯片便可實現電池電量檢測功能，并且檢測電壓2.0~5.3V可調整；有120k Bytes FLASH存儲用戶程序和數據，并且有額外1k Bytes的用戶數據區可用于用戶數據存儲，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現八電極體脂秤應用方案。軟件方面，SD93F115芯片可使用C語言進行軟件開發，同時還提供完整的SDK和庫函數，方便軟件工程師開發，并且有強大的技術團隊提供技術支持，有效降低產品研發門檻，可大大縮短項目開發周期。

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

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，主要應用于血壓計、脂肪秤、血糖儀、紅外測溫等領域，有以下特點：

ADC

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

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。

內置12位SAR ADC，帶自校準功能，采樣時間及工作模式可選。

存儲器

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

系統時鐘

內置24MHz高頻RC振蕩器和32kHz低頻RC振蕩器，并且支持8~24MHz晶體振蕩器做系統時鐘。

LCD驅動

帶LCD驅動模塊，支持4COM x 44SEG、5COM x 43SEG、6COM x 42SEG和8COM x 40SEG四種驅動模式；具有超低功耗和大驅動能力設計，內含程控升壓模塊，可以在低壓條件下維持高亮顯示；驅動電壓可選，2.7~5.2V。

正弦波發生器

內置正弦波發生器，輸出頻率可選：5kHz、50kHz、100kHz、200kHz，支持八電極BIA測脂。

電源管理系統

內置低壓檢測電路，包括一個8 bits DAC和一個rail to rail 輸入的比較器，以實現靈活的電池檢測和觸摸按鍵檢測等功能。電壓檢測范圍2.0~5.3V。

內置傳感器激勵輸出，輸出電壓可選，2.4~4.5V，步長為0.3V。

通信

內置2路UART通信接口，待機時RXD0/RXD1下降沿自動喚醒MCU。

內置1路I2C通信接口。

內置1路SPI通信接口。

溫度傳感器

內置硅溫度傳感器，可以單點校正，支持自動正反測。

低功耗

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

7 ?總結

SD93F115與其他通用MCU相比，在八電極體脂秤應用上可節省大部分外圍元器件，加之高效的軟件技術支持，價格和時間成本上具有較大的優勢。

審核編輯：符乾江