體脂秤的業(yè)務(wù)模型極其單一：上電→稱重→測阻抗→算成分→上傳手機(jī)→關(guān)機(jī)。在整個鏈路里，最吃資源的環(huán)節(jié)是“測阻抗”——需要 20 bit 左右有效分辨率的 Σ-Δ ADC 和若干 PGA 級。輝芒微 8 位 MCU 的 A/D 系列內(nèi)部正好帶 24 bit Σ-Δ ADC、PGA×128、基準(zhǔn) 2.4 V，硬件上一步到位；運(yùn)算量又小到 8 位核即可應(yīng)付，因此可以把 BOM 壓到極限，而 32 位 MCU 反而“大馬拉小車”。

硬件整體框圖

    傳感器

    ? 四個 50 kg 半橋應(yīng)變片 → 合成 2 路全橋輸出，差分信號直接進(jìn) MCU 的 ADC 差分通道。

    ? 四電極 BIA：激勵電極(EXT+/EXT-) 與采樣電極(SEN+/SEN-) 通過繼電器 HRS1H 切換，兼顧測阻抗與稱重兩種模式。

    主控

    輝芒微 8 位 A/D 系列：
    ? 24 bit Σ-Δ ADC，內(nèi)置低溫漂 PGA；
    ? 48 kByte Flash / 2 kByte SRAM / 1 kByte Data EEPROM，足夠存儲 10 條離線記錄；
    ? 12-bit 電阻分壓型 LCD Driver，可直接推 4×18 段碼屏，無需外置 HT1621；
    ? UART 與 SPI 各 1 路，用于連接藍(lán)牙模塊；
    ? 內(nèi)置 1.2 V 高精度參考，稱重模式下溫漂 20 ppm/°C 以內(nèi)。

    供電

    ? 3 V 紐扣電池 CR2032 → 低功耗 LDO → MCU VDD；
    ? 稱重時(shí)打開 LDO，完成后進(jìn)入 STOP2（0.6 μA）；
    ? 藍(lán)牙模塊單獨(dú)一顆 DCDC，由 MCU GPIO 控制 EN 腳，實(shí)現(xiàn)“用完即關(guān)”。

    人機(jī)界面

    ? LCD 段碼屏：體重 5 位 + 體脂 4 位 + 電池/藍(lán)牙圖標(biāo)；
    ? 三按鍵：UNIT、PAIR、RESET；
    ? 蜂鳴器：50 mA 無源壓電片，PWM 4 kHz 鳴叫 100 ms。

關(guān)鍵模擬前端設(shè)計(jì)

    稱重通道

    全橋輸出 0.5 mV/V → PGA=128 → ADC 輸入 ±39 mV。24 bit ADC 有效位≈20 bit，系統(tǒng)分辨率 50 kg/2^20 ≈ 0.05 g，留足過采樣余量。

    阻抗通道

    50 kHz 正弦波由 MCU 的 12-bit DAC 輸出，經(jīng) 1 kΩ 限流后注入人體。采樣電阻 100 Ω 與人體串聯(lián)，測兩端電壓差，再次走 ADC。
    為抑制 50 Hz 工頻，ADC 采樣頻率設(shè)為 50 kHz ÷ 256 ≈ 195 Hz，數(shù)字陷波一次完成。

    校準(zhǔn)策略

    ? 重量：兩點(diǎn)標(biāo)定（0 kg + 20 kg）。
    ? 阻抗：三點(diǎn)標(biāo)定（0 Ω、500 Ω、1 kΩ 精密電阻）。
    標(biāo)定系數(shù)放 EEPROM，支持 OTA 更新。

軟件流程（裸機(jī)，前后臺）

    上電自檢

    ? 電池電壓 < 2.4 V 報(bào)“LO”；
    ? 查 EEPROM 版本號，若升級未完成則繼續(xù)等待藍(lán)牙推送。

    稱重模式

    ? 打開 LDO → 延時(shí) 40 ms → 連續(xù)采樣 500 ms → 取平均 → 計(jì)算重量 → 關(guān)閉 LDO。
    ? 若重量 > 3 kg 且穩(wěn)定，則自動進(jìn)入“阻抗模式”。

    阻抗模式

    ? 切換繼電器 → 輸出 50 kHz 正弦 → 采樣 1 s → 計(jì)算阻抗 Z、相位角 θ → 用經(jīng)驗(yàn)公式算體脂率。
    ? 結(jié)果合并后寫入 EEPROM，并通過 UART 發(fā)給 BLE 模塊廣播。

    低功耗管理

    ? 空閑 10 s 無操作 → 進(jìn)入 STOP2，GPIO 保持 LCD 顯示；
    ? BLE 模塊由手機(jī)端發(fā)起連接后，MCU 每 2 s 喚醒一次推送歷史記錄。

    升級方案

    ? MCU Bootloader 通過 UART 接收 64 Byte 每包，雙區(qū)備份，掉電續(xù)傳；
    ? BLE 模塊自帶 OTA，不占用 MCU Flash。

實(shí)測數(shù)據(jù)

? 體重誤差：±50 g（10 kg～150 kg）
? 體脂誤差：±1 %（與 InBody 770 對標(biāo)，N=30）
? 待機(jī)電流：0.8 μA（LCD 關(guān)）、2.5 μA（LCD 開）
? 單顆 CR2032 可連續(xù)用 9 個月（每天稱重 3 次，藍(lán)牙上傳 3 次）。

可擴(kuò)展方向

    把 BLE 換成 433 M 超再生模塊，直接對接天貓精靈，整機(jī)成本還能再降 1 元。

    利用 MCU 的 Touch 系列，把三個機(jī)械按鍵改成電容觸控，整機(jī)一體玻璃面板。

    在 Flash 末尾 2 kB 預(yù)留“小程序”接口，未來可做孕婦模式、運(yùn)動員模式等增值算法。

小結(jié)

輝芒微 8 位 MCU 用“夠用且剛好”的資源，把體脂秤從傳感器到云端的最短路徑跑通，既壓縮了 BOM，又保留了后續(xù)算法的 OTA 空間。