人體阻抗測(cè)量系統(tǒng)

1、人體阻抗測(cè)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(jìn)實(shí)現(xiàn)功能要求：設(shè)計(jì)一個(gè)較高精度的人體阻抗測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體腹部?jī)牲c(diǎn)間阻抗的自動(dòng)測(cè)量已完成功能：1、測(cè)量頻率可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，最高頻率可達(dá)100KHz2、設(shè)計(jì)了五個(gè)量程范圍供選擇，可完成不同量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，最大10M3、可自動(dòng)測(cè)出腹部?jī)牲c(diǎn)間阻抗的幅值、相角4、在OLED上顯示出相關(guān)測(cè)量結(jié)果可擴(kuò)展功能：1、AD5933內(nèi)置溫度檢測(cè)，可根據(jù)需求將該功能納入到本模塊中2、針對(duì)于低于1K的小阻抗，可通過(guò)擴(kuò)展電路進(jìn)行設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)組成1、硬件方面STM32作主控芯片AD5933進(jìn)行阻抗測(cè)量CD4051模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同量程之間轉(zhuǎn)變

2、OLED進(jìn)行測(cè)量結(jié)果顯示2、軟件方面通過(guò)IIC協(xié)議，完成主控芯片STM32對(duì)AD9533、OLED的控制與通信；完成對(duì)阻抗測(cè)量模值、相角的計(jì)算與校準(zhǔn)通過(guò)STM32對(duì)模擬開(kāi)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(jì) 方案一：I/V轉(zhuǎn)換方式（轉(zhuǎn)化為電壓的測(cè)量）主控芯片（STM32）正弦信號(hào)發(fā)生器DDS（AD7008）過(guò)零比較器過(guò)零比較器I/V轉(zhuǎn)換峰值檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換器運(yùn)放I/V轉(zhuǎn)換未知阻抗R1、幅值的測(cè)量2、相角的測(cè)量 利用該部分模塊，STM32直接處理出通過(guò)過(guò)零比較器之后的兩個(gè)信號(hào)的相位差，此相位差即為所被測(cè)阻抗的相角大小1、硬件方面-分立式設(shè)計(jì) 方案二：正交乘法解調(diào)（轉(zhuǎn)化為電壓的測(cè)量）

3、主控芯片（STM32）A/D轉(zhuǎn)換器運(yùn)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(guò)未知阻抗的同頻、同相，以及其正交信號(hào)對(duì)測(cè)量電壓信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，可分別得到測(cè)量電壓的實(shí)部和虛部，以及參考電阻，最終便可獲取被測(cè)阻抗的幅值和相角。2、集成式設(shè)計(jì) -阻抗測(cè)量芯片AD5933未知阻抗模值計(jì)算與矯正相角計(jì)算與矯正 首先對(duì)標(biāo)定電阻進(jìn)行測(cè)量,得到標(biāo)定電阻的相角,測(cè)量電阻的實(shí)際相角等于測(cè)量計(jì)算得到的值減去標(biāo)定電阻的相角值.值得注意的是測(cè)量時(shí)通過(guò)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(lái)把相角變換到所在象限內(nèi).如果R0則說(shuō)明在第二

4、象限,所以計(jì)算時(shí)要把相角加上180 ;如果R0,I0則是在第三象限,計(jì)算時(shí)要把相角減去180 .AD5933 簡(jiǎn)介 AD5933 是一款高精度的阻抗測(cè)量芯片,內(nèi)部集成了帶有12位,采樣率高達(dá)1MSPS的AD轉(zhuǎn)換器的頻率發(fā)生器.這個(gè)頻率發(fā)生器可以產(chǎn)生特定的頻率來(lái)激勵(lì)外部電阻,電阻上得到的響應(yīng)信號(hào)被ADC采樣,并通過(guò)片上的DSP進(jìn)行離散的傅立葉變換.傅立葉變換后返回在這個(gè)輸出頻率下得到的實(shí)部值R和虛部值I.這樣就可以很容易的計(jì)算出在每個(gè)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(dá)100KHz 作為設(shè)備通過(guò)口和主機(jī)通訊,實(shí)現(xiàn)頻率掃面控制 頻率分辨率為27

5、位(0.1Hz) 阻抗測(cè)量范圍為100到10M 內(nèi)部帶有溫度傳感器,測(cè)量誤差范圍為2 帶有內(nèi)部時(shí)鐘 可以實(shí)現(xiàn)相位測(cè)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(jì)框圖主控芯片STM32IIC總線AD5933阻抗測(cè)量OLED顯示模塊CD4051模擬開(kāi)關(guān)AD5933引腳原理圖原理圖PCBPCB3、幾點(diǎn)注意說(shuō)明3、幾點(diǎn)注意說(shuō)明模擬開(kāi)關(guān)電路模擬開(kāi)關(guān)原理圖3、幾點(diǎn)注意說(shuō)明3.3、對(duì)于小阻抗測(cè)量的擴(kuò)展電路3、幾點(diǎn)注意說(shuō)明3.4、對(duì)于小阻抗測(cè)量的擴(kuò)展電路軟件部分主控芯片STM32IIC總線AD5933阻抗測(cè)量OLED顯示模塊CD40

6、51模擬開(kāi)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖開(kāi)始系統(tǒng)初始化合適的量程？OLED初始化掃描不同的量程測(cè)量并顯示測(cè)量結(jié)束更改量程YN開(kāi)始測(cè)量結(jié)束 頻率增量 掃描頻率點(diǎn)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(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)模式寫入開(kāi)頻率命令到控制寄存器初始化系統(tǒng)在足夠的建立時(shí)間之后開(kāi)始頻率掃描DFT是否完成？從實(shí)部和虛部寄存器中讀取數(shù)頻率掃描完成？寫入跳到下個(gè)頻率或者重復(fù)該頻率命令到寄存器YNYN單個(gè)量程的測(cè)試過(guò)程編程分析1、AD5933、OLED的編程即為對(duì)IIC的操作；2、CD4051的編程即為通過(guò)對(duì)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(kāi)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(kāi)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(kāi)始信號(hào)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(jìn)根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定幾個(gè)測(cè)量頻率，然后將每個(gè)頻率下的測(cè)量結(jié)果一并輸出顯示將系統(tǒng)連接到上位機(jī)，直接將多頻率下的測(cè)試結(jié)果通過(guò)圖像的形式輸出，便于用戶觀察其變化，從而得到相應(yīng)信