便捷式无线人体脂肪率测量仪的设计研究

便捷式无线人体脂肪率测量仪的设计研究

齐瑛

惠州市开蒙医疗有限公司广东惠州516000

摘要：本文主要以生物的电阻抗原理为基础，采用了一种非侵入式可靠、安全的人体基本组成成分测量法，设计了一种人体的脂肪率便捷式的无线测量仪，经过与HBF-358欧姆龙测量仪系统对比测试，可表明人体的脂肪率便捷式的无线测量仪能够代替HBF-358欧姆龙测量仪，被广泛应用在人体的脂肪率实践测量当中，应用价值较为突出。

关键词：便捷式；无线；人体；脂肪率；测量仪；设计；

前言：

近些年，由于肥胖人数逐渐增多，社会各界对于人体的脂肪率各种测量仪器关注度逐渐提升。鉴于此，本文针对描述了一种人体的脂肪率便捷式的无线测量仪设计，望能够为相关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。

1、系统架构

1.1系统电源管理

处于正常条件下，锂电池实际输出电源电源为3.7V，经TPS62200开关电源、TPS79333线性的稳压器，获取3.3V电压两路，即为系统所提供的数字电源、模拟电源。

1.2系统阻抗测量

①结构功能

在片内发射级出现正弦电压的信号，自VOUT引脚逐渐激励、输出外部待测的阻抗，所产生电流信号会被VIV的引脚接收到，逐次经增益可调节I-V转换装置、LPF、PGA，由片上的ADCl将采样操作完成，所采样的数据送入DSP的内核，执行DFT系统处理操作。DFT计算分析方法，处于相应扫描的频率点中返回值一个R实部的数据字及I虚部的数据字，各以二进制的补码形式被存储只16位两个寄存装置内，经系统软件校准处理后，极易获取到各自扫描的频率点阻抗幅值及相位。

②测量法

系统运行期间，正负电极会各自接触着人体左右两侧掌心，处于稳定状态之后需测量阻抗。借助微处理装置，经PC接口与串口AD5933实现通信，硬件控制与读取测量数据均可完成。电极部分主要以圆筒状的电极为主要形式，可促使人体接触电极的面积增加，皮肤电阻及接触电阻所造成的差异性可得以降低。

1.3系统数据处理

系统处理装置主控芯片为C8051F411，MCU经UART的接口与蓝牙可实现无线数据的传输操作，测量数值能够通过数据包形式，快速发送到PC系统端口上位机中，以做好后期处理操作。蓝牙主要应用了BF10该系统模块，以CSR-BC417143为核心，能够支持着从模式，可完全兼容2.0蓝牙标准，硬件部分支持语音及数据传输操作。

2、系统软件

2.1设单片机程序

系统主程序需可控制AD5933，处于扫频模式中可测量人体阻抗，以下为具体的操作流程：①将系统的初始化完成。经I2C的总线接口处，针对于AD5933做好寄存装置各项配置操作，包括设定频率数、频率的增量、扫描起始的频率等；②AD5933设置为待机模式中，向所控制的寄存装置发出初始化起始频率的指令，经确立一定时间之后，便会及时将频率扫描的指令发出；③借助轮讯方式，将各个频率点读取及存储数据操作完成；读取温度的寄存装置，把AD5933设置为省点模式。

2.2计算阻抗

AD5933依据DFT将所有频率点I虚部的数字字、R实部的数据字计算分析出来，此点DFT幅度应代入到以下公式当中进行计算，公式即为：Magnitude=。为能够把该数值转换成阻抗，应乘以增益系数因子G，该数值可经系统校准时，接入至正负电极中间标准的电阻R0，代入到G=I/R0*Magnitude当中。待测阻抗模值，应由DFT实际幅度及增益系数，代入到〡Zx〡=1/G*Magnitude当中。

2.3校准增益系数

经观察可了解到，公式〡Zx〡=1/G*Magnitude成立条件即为：若G是常数，AD5933频率响应有限，G增益系数会伴随着激励信号频率ƒ的变化而变化，待测阻抗处于不同幅度状态下，G会发生变化，G=F（ƒ，Magnitude）为最为具体的描述。常规设计目的是获取激励信号不同频率状态下阻抗参数值，故有着较大计算量，处于某随机的频率点内阻抗参数值会有偏差情况存在。本文研究重点为人体阻抗测量操作，可将皮肤阻抗忽略掉，范围依据500Ω-2kΩ。现阶段，被公认为生物阻抗的检测特征频率值极为50kHz。故应围绕者50kHz系统、2kΩ以下待测阻抗条件下G增益系数，开展高精准度低定点校准操作，以下为主要方法：自500Ω-2kΩ区间均匀地选取已知18个标准的电阻，逐次用相同的电压幅值激励信号相同时间内实施测量操作，提取所以标准电阻处于50kHz条件线下所测得虚部及实部的数据字，计算分析幅度Magnitude。因频率点较为固定，其增益系数使幅度一元的函数，拟合公式得以简化，计算量得以降低。通过以上公式计算分析操作，便能够轻松获取待测人体实际的阻抗参数值。此方法有着较高精度、较小计算量，比较适用于测量人体的阻抗率，便于精准地测量出人体的脂肪率，便捷性优势较为突出。

2.4设计PC端口交互界面

上机位交互系统软件主要借助VB6.0程序来完成编写操作。UI工作范围：由受试者自行录入个人的信息，入姓名、年龄、性别、体重、身高等信息，输入蓝牙串口号。系统硬件经上电过后，受试者需双手握住其电极，待系统处于稳定运行状态之后便可开始测量工作，向PC机系统传输数据信息。待传输完成之后，软件系统程序会实时计算分析并显示出人体各项指标、阻抗参数值伴随频率变化的曲线。50kH占位置原始的数据信息主要用来计算体脂率各项参数值，其余频率点参数值可供后期相应研究参考。

2.5试验测试

此人体的脂肪率便捷式的无线测量仪，在经过与HBF-358欧姆龙测量仪系统对比测试之后表明，该人体的脂肪率便捷式的无线测量仪，在人体的脂肪率统计学方面差异性差异不明显，本次测试当中阻抗范围主要集中于100Ω-1500Ω，依据芯片数据手册，处于50kHz条件下进行100Ω-1Ω区间阻抗测量期间，存在约为±3%系统偏差均属于正常范围，这就证明了该人体的脂肪率便捷式的无线测量仪可靠性及有效性。

3、结语

综上所述，本文主要以现代人普遍所存在的肥胖情况为主要研究背景，以生物的电阻抗原理为基础，设计了一款人体的脂肪率便捷式的无线测量仪，适宜应用在常规人群体脂率的测量工作当中。经人体的脂肪率便捷式的无线测量仪与HBF-358欧姆龙测量仪系统对比测试之后表明了，该测量仪器能够替代HBF-358欧姆龙测量仪，具有着无限便捷性、小型化、较高测量精准度等优势，值得广泛推广及应用。

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