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嵌入式系统在智能电子秤中的应用.docx
资料介绍
93 嵌入式系统在智能电子秤中的应用
一、引言
智能电子秤是嵌入式系统在消费电子领域的成功应用，从简单的体重秤到体脂秤，从厨房秤到商用计价秤，嵌入式技术使电子秤实现了高精度测量、数据记录分析和联网通信。电子秤对嵌入式系统的要求集中在高精度 ADC 采集、低功耗（电池供电）、传感器校准和稳定可靠上。
二、称重传感器与 ADC
电阻应变式传感器：称重传感器使用电阻应变片组成惠斯通电桥，在受力时电阻变化产生差分电压输出。传感器量程从 5kg（厨房秤）到 200kg（人体秤），灵敏度 1mV/V 到 2mV/V。
高精度 ADC：Σ-Δ ADC（如 HX711、ADS1232）专门为称重应用设计，分辨率 24 位，内置 PGA 可编程增益放大器。MCU 通过 SPI 或 I2C 读取 ADC 值，采样率 10Hz 到 80Hz。HX711 是电子秤最常用的 ADC 芯片，成本低、精度高。
滤波器设计：MCU 对 ADC 采样值进行数字滤波，使用移动平均滤波或中值滤波去除振动噪声。在人体秤应用中，需要等待 1 到 2 秒使读数稳定后显示。
三、体脂测量
BIA 生物电阻抗分析：体脂秤通过电极向人体注入微弱交流电流（50kHz，500μA），测量人体的电阻抗。脂肪组织电阻大，肌肉组织电阻小，MCU 根据电阻抗值和用户信息（身高、年龄、性别）计算体脂率、肌肉量、骨量和基础代谢率。
多频测量：高端体脂秤使用多频 BIA 技术（5kHz 到 500kHz），不同频率的电流穿透不同深度的组织，提高体脂测量精度。MCU 控制 DDS 信号发生器产生多频激励信号。
四、校准与精度
工厂校准：电子秤在出厂时使用标准砝码进行校准，计算校准系数（偏移和增益），存储在 EEPROM 中。MCU 每次上电时读取校准系数，对 ADC 采样值进行补偿。
温度补偿：称重传感器的灵敏度受温度影响，MCU 使用板载温度传感器采集温度数据，根据温度补偿模型修正测量结果。温度补偿将精度提高 0.1% 到 0.3%。
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