體重秤的PCBA(Printed Circuit Board Assembly,印刷電路板組件)是其核心控制單元,負(fù)責(zé)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示與用戶(hù)交互,其電路組成需圍繞“重量檢測(cè)→數(shù)據(jù)運(yùn)算→功能輸出”的核心邏輯設(shè)計(jì)。以下從功能模塊分類(lèi),詳細(xì)拆解各部分的組成、作用及關(guān)鍵元件:
一、核心控制模塊(“大腦”:統(tǒng)籌所有功能)
核心控制模塊是PCBA的,負(fù)責(zé)接收各模塊信號(hào)、執(zhí)行算法(如重量計(jì)算、單位轉(zhuǎn)換)、控制顯示/按鍵等外設(shè),相當(dāng)于體重秤的“大腦”。
組成部分關(guān)鍵元件功能說(shuō)明
主控芯片MCU(微控制器)主流型號(hào)多為8位/32位通用MCU,集成CPU、內(nèi)存(RAM/ROM)、IO口,執(zhí)行核心程序(如重量數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、濾波算法)。
時(shí)鐘電路晶振(4MHz/8MHz)、電容為MCU提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào),保證指令執(zhí)行的時(shí)序準(zhǔn)確性(無(wú)時(shí)鐘信號(hào),MCU無(wú)法正常工作)。
復(fù)位電路復(fù)位芯片、電阻、電容確保體重秤上電時(shí)MCU從初始狀態(tài)啟動(dòng),或在程序異常時(shí)強(qiáng)制復(fù)位(避免死機(jī))。
電源濾波電路電解電容、陶瓷電容濾除電源中的高頻干擾,為MCU提供穩(wěn)定的直流電壓(防止電壓波動(dòng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)計(jì)算誤差)。
二、重量信號(hào)采集模塊(“感官”:將重量轉(zhuǎn)為電信號(hào))
體重秤通過(guò)“力學(xué)→電學(xué)”的轉(zhuǎn)換檢測(cè)重量,核心是應(yīng)變式壓力傳感器,信號(hào)采集模塊負(fù)責(zé)將傳感器的微弱信號(hào)放大、濾波,以便MCU識(shí)別。
1.傳感器單元
核心元件:應(yīng)變片式壓力傳感器(通常4個(gè),分布在秤體四角,確保重量均勻采集)。
工作原理:傳感器內(nèi)部的應(yīng)變片(金屬電阻)隨重量擠壓發(fā)生形變,導(dǎo)致電阻值變化;4個(gè)應(yīng)變片組成惠斯通電橋,當(dāng)電阻變化時(shí),電橋輸出微弱的電壓信號(hào)。
2.信號(hào)調(diào)理單元(放大+濾波)
運(yùn)算放大器(運(yùn)放):將傳感器輸出的mV級(jí)信號(hào)放大至V級(jí),常用高共模抑制比的運(yùn)放,減少外界干擾(如電源噪聲)。
三、電源管理模塊(“供血”:提供穩(wěn)定電壓)
體重秤多采用電池(干電池/鋰電池)或外接電源供電,電源管理模塊需將輸入電壓轉(zhuǎn)換為各模塊所需的穩(wěn)定電壓(如MCU需3.3V/5V,傳感器需5V),同時(shí)實(shí)現(xiàn)低功耗控制(延長(zhǎng)電池壽命)。
組成部分關(guān)鍵元件功能說(shuō)明
電壓轉(zhuǎn)換單元LDO(低壓差穩(wěn)壓器)將電池的標(biāo)稱(chēng)電壓(如4節(jié)干電池6V、鋰電池3.7V)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3.3V/5V,為MCU、運(yùn)放、傳感器供電(LDO紋波小,適合對(duì)電壓穩(wěn)定性要求高的模擬電路)。
電源開(kāi)關(guān)單元輕觸開(kāi)關(guān)、MOS管控制整機(jī)電源的通斷;部分智能秤支持“自動(dòng)喚醒”(稱(chēng)重時(shí)觸發(fā)開(kāi)關(guān),閑置時(shí)斷電),由MCU通過(guò)MOS管控制。
低功耗控制單元MCU內(nèi)置低功耗模式、二極管閑置時(shí),MCU進(jìn)入休眠模式,關(guān)閉傳感器和運(yùn)放的供電,僅保留喚醒檢測(cè)電路(如重量觸發(fā)),延長(zhǎng)電池續(xù)航。
電池保護(hù)單元鋰電池保護(hù)芯片若使用鋰電池,需防止過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流(避免電池?fù)p壞或起火),保護(hù)芯片會(huì)在異常時(shí)切斷電路。
四、顯示與交互模塊(“輸出”:反饋體重信息)
該模塊負(fù)責(zé)將MCU計(jì)算出的體重?cái)?shù)據(jù)以可視化方式呈現(xiàn),并接收用戶(hù)操作(如單位切換、去皮)。
1.顯示單元
常見(jiàn)顯示類(lèi)型:
段碼LCD(液晶顯示屏):功耗低(適合電池供電),顯示數(shù)字(體重)、單位(kg/lb)、低電量提示,需搭配LCD驅(qū)動(dòng)芯片,由MCU控制顯示內(nèi)容。
OLED屏(有機(jī)發(fā)光二極管):顯示效果更清晰(支持黑白/彩色),可顯示更多信息(如BMI、體脂率,智能秤常用),需OLED驅(qū)動(dòng)電路。
LED數(shù)碼管:早期體重秤常用,亮度高但功耗大,需通過(guò)三極管或數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片控制點(diǎn)亮。
2.交互單元
按鍵電路:由輕觸按鍵、上拉電阻組成,支持用戶(hù)操作(如“單位切換”“去皮”“喚醒”)。當(dāng)按鍵按下時(shí),MCU的IO口檢測(cè)到電平變化,執(zhí)行對(duì)應(yīng)指令。
指示燈電路:由LED燈、限流電阻組成,指示工作狀態(tài)(如電源指示燈、低電量指示燈、藍(lán)牙連接燈)。
五、擴(kuò)展功能模塊(智能秤專(zhuān)屬,可選)
普通機(jī)械/基礎(chǔ)電子秤僅含上述4類(lèi)模塊,而智能體重秤(支持藍(lán)牙、體脂檢測(cè))會(huì)增加以下擴(kuò)展模塊:
1.無(wú)線(xiàn)通信模塊(數(shù)據(jù)上傳)
藍(lán)牙模塊
Wi-Fi模塊
2.體脂檢測(cè)模塊(生物電阻抗法)
核心原理:通過(guò)電極片向人體發(fā)送微弱交流電流(安全范圍,通常50kHz/100μA以下),測(cè)量電流流過(guò)身體的阻抗(脂肪/肌肉/水分的阻抗不同),結(jié)合體重、身高、年齡等數(shù)據(jù),由MCU計(jì)算體脂率、水分率等指標(biāo)。
關(guān)鍵元件:交流信號(hào)發(fā)生器、阻抗檢測(cè)芯片、金屬電極片(與人體接觸,傳遞電流)。