人體阻抗測量系統(tǒng)

1、人體阻抗測量系統(tǒng)李天武2015年6月9日目錄整體介紹硬件介紹軟件介紹改進實現(xiàn)功能要求：設(shè)計一個較高精度的人體阻抗測量系統(tǒng)，實現(xiàn)對人體腹部兩點間阻抗的自動測量已完成功能：1、測量頻率可根據(jù)實際需要進行設(shè)定，最高頻率可達100KHz2、設(shè)計了五個量程范圍供選擇，可完成不同量程的自動轉(zhuǎn)換，最大10M3、可自動測出腹部兩點間阻抗的幅值、相角4、在OLED上顯示出相關(guān)測量結(jié)果可擴展功能：1、AD5933內(nèi)置溫度檢測，可根據(jù)需求將該功能納入到本模塊中2、針對于低于1K的小阻抗，可通過擴展電路進行設(shè)計測量系統(tǒng)組成1、硬件方面STM32作主控芯片AD5933進行阻抗測量CD4051模擬開關(guān)實現(xiàn)不同量程之間轉(zhuǎn)變

2、OLED進行測量結(jié)果顯示2、軟件方面通過IIC協(xié)議，完成主控芯片STM32對AD9533、OLED的控制與通信；完成對阻抗測量模值、相角的計算與校準通過STM32對模擬開關(guān)的控制，完成所需量程的選擇1、硬件方面-分立式設(shè)計 方案一：I/V轉(zhuǎn)換方式（轉(zhuǎn)化為電壓的測量）主控芯片（STM32）正弦信號發(fā)生器DDS（AD7008）過零比較器過零比較器I/V轉(zhuǎn)換峰值檢測A/D轉(zhuǎn)換器運放I/V轉(zhuǎn)換未知阻抗R1、幅值的測量2、相角的測量 利用該部分模塊，STM32直接處理出通過過零比較器之后的兩個信號的相位差，此相位差即為所被測阻抗的相角大小1、硬件方面-分立式設(shè)計 方案二：正交乘法解調(diào)（轉(zhuǎn)化為電壓的測量）

3、主控芯片（STM32）A/D轉(zhuǎn)換器運放A/D轉(zhuǎn)換器乘法解調(diào)器H1乘法解調(diào)器H2乘法解調(diào)器L1乘法解調(diào)器L2參考電阻接地乘法解調(diào) 分別利用與通過未知阻抗的同頻、同相，以及其正交信號對測量電壓信號進行解調(diào)，可分別得到測量電壓的實部和虛部，以及參考電阻，最終便可獲取被測阻抗的幅值和相角。2、集成式設(shè)計 -阻抗測量芯片AD5933未知阻抗模值計算與矯正相角計算與矯正 首先對標定電阻進行測量,得到標定電阻的相角,測量電阻的實際相角等于測量計算得到的值減去標定電阻的相角值.值得注意的是測量時通過得到的相角是在-90到+90 之間的,所以要根據(jù)R和I所決定的象限來把相角變換到所在象限內(nèi).如果R0則說明在第二

4、象限,所以計算時要把相角加上180 ;如果R0,I0則是在第三象限,計算時要把相角減去180 .AD5933 簡介 AD5933 是一款高精度的阻抗測量芯片,內(nèi)部集成了帶有12位,采樣率高達1MSPS的AD轉(zhuǎn)換器的頻率發(fā)生器.這個頻率發(fā)生器可以產(chǎn)生特定的頻率來激勵外部電阻,電阻上得到的響應(yīng)信號被ADC采樣,并通過片上的DSP進行離散的傅立葉變換.傅立葉變換后返回在這個輸出頻率下得到的實部值R和虛部值I.這樣就可以很容易的計算出在每個掃描頻率下的傅立葉變換的模和電阻的相角.AD5933特性 可編程的頻率發(fā)生器,最高頻率可達100KHz 作為設(shè)備通過口和主機通訊,實現(xiàn)頻率掃面控制 頻率分辨率為27

5、位(0.1Hz) 阻抗測量范圍為100到10M 內(nèi)部帶有溫度傳感器,測量誤差范圍為2 帶有內(nèi)部時鐘 可以實現(xiàn)相位測量 系統(tǒng)精度為0.5% 可供選擇的電源范圍為2.7V到5V 正常工作的溫度范圍-40到+125 16腳SSOP封裝集成式設(shè)計框圖主控芯片STM32IIC總線AD5933阻抗測量OLED顯示模塊CD4051模擬開關(guān)AD5933引腳原理圖原理圖PCBPCB3、幾點注意說明3、幾點注意說明模擬開關(guān)電路模擬開關(guān)原理圖3、幾點注意說明3.3、對于小阻抗測量的擴展電路3、幾點注意說明3.4、對于小阻抗測量的擴展電路軟件部分主控芯片STM32IIC總線AD5933阻抗測量OLED顯示模塊CD40

6、51模擬開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計流程圖開始系統(tǒng)初始化合適的量程？OLED初始化掃描不同的量程測量并顯示測量結(jié)束更改量程YN開始測量結(jié)束 頻率增量 掃描頻率點數(shù) 起始頻率寄存器寫入頻率掃描參數(shù)到相應(yīng)寄存器設(shè)置AD5933進入標準模式寫入開頻率命令到控制寄存器初始化系統(tǒng)在足夠的建立時間之后開始頻率掃描DFT是否完成？從實部和虛部寄存器中讀取數(shù)頻率掃描完成？寫入跳到下個頻率或者重復(fù)該頻率命令到寄存器YNYN單個量程的測試過程編程分析1、AD5933、OLED的編程即為對IIC的操作；2、CD4051的編程即為通過對主控芯片STM32的I/O口的控制，向CD4051中 A、B、C寫數(shù)據(jù)，從而選通某一路開關(guān)，完成量

7、程的選擇。IIC的配置使用模擬IIC配置IIC基本函數(shù)初始化函數(shù)：void init（）；開始函數(shù)：void start（）；結(jié)束函數(shù)：void stop（）；寫函數(shù)：void write_byte（uchar data）；讀函數(shù)：uchar read_byte（）；應(yīng)答函數(shù)：void respons（）；向地址為address中寫數(shù)據(jù)：void write_add（uchar address,uchar date）；在某一地址中讀數(shù)據(jù)：uchar read_add（uchar address）；IIC基本函數(shù)void start() /開始信號sda=1;delay();scl=1;dela

8、y();sda=0;delay();void stop() /停止sda=0;delay();scl=1;delay();sda=1;delay();void respons() /應(yīng)答uchar i;scl=1;delay();while(sda=1)&(i250)i+;scl=0;delay();IIC基本函數(shù)void write_byte(uchar date)uchar i,temp;temp=date;for(i=0;i8;i+)temp=temp1;scl=0; delay(); sda=CY;delay();scl=1;delay();/scl=0; / delay();scl=

9、0;delay();sda=1;delay();IIC基本函數(shù)uchar read_byte()uchar i,k;scl=0;delay();sda=1;delay();for(i=0;i8;i+)scl=1;delay();k=(k1)|sda;scl=0;delay();return k;void write_add(uchar address,uchar date)start();write_byte(0 xa0);respons();write_byte(address);respons();write_byte(date);respons();stop();IIC基本函數(shù)uchar read_add(uchar address)uchar date;start();write_byte(0 xa0);respons();write_byte(address);respons();start();write_byte(0 xa1);respons();date=read_byte();stop();return date;希望改進根據(jù)實際需要，設(shè)定幾個測量頻率，然后將每個頻率下的測量結(jié)果一并輸出顯示將系統(tǒng)連接到上位機，直接將多頻率下的測試結(jié)果通過圖像的形式輸出，便于用戶觀察其變化，從而得到相應(yīng)信