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人体秤/ 健康秤

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人体秤

方案介绍

随着人们对自身健康关注度的提高,人体秤已越来越受到欢迎。相比于以往机械式磅秤,人体秤有便携、数字显示和称重准确等特点。为了降低生产厂家的生产成本和难度,杭州晶华微电子有限公司推出了一款 SD8020 芯片,它可以应用于满量程为180kg 、 150kg、分度值为 0.1kg 、0.05kg、0.01kg的人体秤中。

方案特点

2.1 压力传感器

压力传感器的原理是在铝棒上面贴上一个由桥式电阻组成的应变片,当铝棒受到压力时,将会导致其变形,从而会使应变片上的 4 个电阻均产生ΔR 的变换量,如图 2.1 所示。

图2.1 桥式电阻示意图

      由ΔR 的变化产生的电压信号为:

      下面拿满量程为180kg、分度值为0.1kg 的秤做个例子进行说明:

      在传感器供电电压(Vin+ - Vin-)为2.4V 的情况下,0.1kg 重量对应的输出变化量为2uV(数据为测试所得),当fS=128kHz、OSR=16384、Gain=100、AVDDR=2.4V、VREF=0.6V时SD8020的典型RMS噪声为33nV,为2μV的1/60,能够满足其要求。

      将2uV 信号经过SD8020 ADC内部的前端IA 放大器放大100 倍后,0.1kg 对应的输出电压为200uV。当选择的内部基准为0.8V 时,每1LSB 对应的电压值为:

VLSB=0.8V /(216 x 0.75)=16μV                                     2-3

      每0.1kg 对应的16位ADC 内码有12LSB。

      180kg 重量对应的输出变化量为3.6mV(数据为测试所得),经过100 倍放大后为:

       0.36V 的电压小于基准电压,符合芯片使用要求。


3. SD8020 控制芯片特性

      3.1.1     ADC 特性

            3.1.1.1     有效位数:     ENOB=17.6bits@8sps。

            3.1.1.2     工作电压:     2.4V~3.6V。

            3.1.1.3     可编程增益: 1、12.5、50、100 和200 倍放大。

            3.1.1.4     内部参考电压: 0.4V~1.6V,以0.2V 递增。

            3.1.1.5     ADC 输出速率:采样频率(fS)及过采样率(OSR)共同决定。

      3.1.2     系统时钟

            内部32kHz 和4MHz RC 振荡器二分频。

      3.1.3     存储器

            程序存储器为8k Bytes OTP,数据存储器为256 Bytes SRAM。

      3.1.4     功耗

            使用内部4MHz RC 振荡器的二分频工作,MCU部分在3V工作电压下电流典型值为800μA,32kHz时钟待机模式下工作电流2μA,休眠模式电流典型值为1μA。

      3.1.5     LCD 和LED 驱动

            可驱动4*14 段LCD,所有I/O 的Sink 或Source 电流能力都能达到12mA。

      3.1.6     电池检测

            2.4V~3.0V 电池电压检测范围。

      3.1.7     稳压电源

            可提供2.4V 、2.6V 、2.9V 或3.3V 可调稳压电源输出。

      3.1.8     中断I/O

            2 个外部中断I/O。

      3.1.9     OTP 自烧录

            可在低至2.4V 的电源电压下进行OTP 自烧录,可省掉外部用作校准的EEPROM。

4. 硬件设计

      4.1.1     电源电路

            芯片的VDD直接由3V电池提供。

      4.1.2     ADC采样电路

            压力传感器的供电电源由AVDDR(稳压电源输出)提供,传感器的输出信号经过0.1μF滤波电容后输入到ADC输入端。如果要求精度高,请选择温度系数低的压力传感器,ADC采样电路如图4.1所示。

图4.1 ADC采样电路示意图

       4.1.3     LCD或LED驱动电路

            4.1.3.1     可提供4*14段LCD驱动。

            4.1.3.2     所有数字I/O口都可以用来驱动LED。

       4.1.4     外围器件

             外围的贴片电阻电容一共有4个,分别为2个1μF、2个0.1μF电容,元器件成本可降到最低。

应用框图

图5.1 典型应用图(LCD 显示)

图5.2 典型应用图(LED 显示)

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