人体阻抗测量系统

1、人体阻抗测量系统李天武2015年6月9日目录整体介绍硬件介绍软件介绍改进实现功能要求：设计一个较高精度的人体阻抗测量系统，实现对人体腹部两点间阻抗的自动测量已完成功能：1、测量频率可根据实际需要进行设定，最高频率可达100KHz2、设计了五个量程范围供选择，可完成不同量程的自动转换，最大10M3、可自动测出腹部两点间阻抗的幅值、相角4、在OLED上显示出相关测量结果可扩展功能：1、AD5933内置温度检测，可根据需求将该功能纳入到本模块中2、针对于低于1K的小阻抗，可通过扩展电路进行设计测量系统组成1、硬件方面STM32作主控芯片AD5933进行阻抗测量CD4051模拟开关实现不同量程之间转变

2、OLED进行测量结果显示2、软件方面通过IIC协议，完成主控芯片STM32对AD9533、OLED的控制与通信；完成对阻抗测量模值、相角的计算与校准通过STM32对模拟开关的控制，完成所需量程的选择1、硬件方面-分立式设计 方案一：I/V转换方式（转化为电压的测量）主控芯片（STM32）正弦信号发生器DDS（AD7008）过零比较器过零比较器I/V转换峰值检测A/D转换器运放I/V转换未知阻抗R1、幅值的测量2、相角的测量 利用该部分模块，STM32直接处理出通过过零比较器之后的两个信号的相位差，此相位差即为所被测阻抗的相角大小1、硬件方面-分立式设计 方案二：正交乘法解调（转化为电压的测量）

3、主控芯片（STM32）A/D转换器运放A/D转换器乘法解调器H1乘法解调器H2乘法解调器L1乘法解调器L2参考电阻接地乘法解调 分别利用与通过未知阻抗的同频、同相，以及其正交信号对测量电压信号进行解调，可分别得到测量电压的实部和虚部，以及参考电阻，最终便可获取被测阻抗的幅值和相角。2、集成式设计 -阻抗测量芯片AD5933未知阻抗模值计算与矫正相角计算与矫正 首先对标定电阻进行测量,得到标定电阻的相角,测量电阻的实际相角等于测量计算得到的值减去标定电阻的相角值.值得注意的是测量时通过得到的相角是在-90到+90 之间的,所以要根据R和I所决定的象限来把相角变换到所在象限内.如果R0则说明在第二

4、象限,所以计算时要把相角加上180 ;如果R0,I0则是在第三象限,计算时要把相角减去180 .AD5933 简介 AD5933 是一款高精度的阻抗测量芯片,内部集成了带有12位,采样率高达1MSPS的AD转换器的频率发生器.这个频率发生器可以产生特定的频率来激励外部电阻,电阻上得到的响应信号被ADC采样,并通过片上的DSP进行离散的傅立叶变换.傅立叶变换后返回在这个输出频率下得到的实部值R和虚部值I.这样就可以很容易的计算出在每个扫描频率下的傅立叶变换的模和电阻的相角.AD5933特性 可编程的频率发生器,最高频率可达100KHz 作为设备通过口和主机通讯,实现频率扫面控制 频率分辨率为27

5、位(0.1Hz) 阻抗测量范围为100到10M 内部带有温度传感器,测量误差范围为2 带有内部时钟 可以实现相位测量 系统精度为0.5% 可供选择的电源范围为2.7V到5V 正常工作的温度范围-40到+125 16脚SSOP封装集成式设计框图主控芯片STM32IIC总线AD5933阻抗测量OLED显示模块CD4051模拟开关AD5933引脚原理图原理图PCBPCB3、几点注意说明3、几点注意说明模拟开关电路模拟开关原理图3、几点注意说明3.3、对于小阻抗测量的扩展电路3、几点注意说明3.4、对于小阻抗测量的扩展电路软件部分主控芯片STM32IIC总线AD5933阻抗测量OLED显示模块CD40

6、51模拟开关系统设计流程图开始系统初始化合适的量程？OLED初始化扫描不同的量程测量并显示测量结束更改量程YN开始测量结束 频率增量 扫描频率点数 起始频率寄存器写入频率扫描参数到相应寄存器设置AD5933进入标准模式写入开频率命令到控制寄存器初始化系统在足够的建立时间之后开始频率扫描DFT是否完成？从实部和虚部寄存器中读取数频率扫描完成？写入跳到下个频率或者重复该频率命令到寄存器YNYN单个量程的测试过程编程分析1、AD5933、OLED的编程即为对IIC的操作；2、CD4051的编程即为通过对主控芯片STM32的I/O口的控制，向CD4051中 A、B、C写数据，从而选通某一路开关，完成量

7、程的选择。IIC的配置使用模拟IIC配置IIC基本函数初始化函数：void init（）；开始函数：void start（）；结束函数：void stop（）；写函数：void write_byte（uchar data）；读函数：uchar read_byte（）；应答函数：void respons（）；向地址为address中写数据：void write_add（uchar address,uchar date）；在某一地址中读数据：uchar read_add（uchar address）；IIC基本函数void start() /开始信号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() /应答uchar i;scl=1;delay();while(sda=1)&(i250)i+;scl=0;delay();IIC基本函数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基本函数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基本函数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;希望改进根据实际需要，设定几个测量频率，然后将每个频率下的测量结果一并输出显示将系统连接到上位机，直接将多频率下的测试结果通过图像的形式输出，便于用户观察其变化，从而得到相应信