體重秤的PCBA(Printed Circuit Board Assembly,印刷電路板組件)是其核心控制單元,負責信號采集、數據處理、結果顯示與用戶交互,其電路組成需圍繞“重量檢測→數據運算→功能輸出”的核心邏輯設計。以下從功能模塊分類,詳細拆解各部分的組成、作用及關鍵元件:
一、核心控制模塊(“大腦”:統籌所有功能)
核心控制模塊是PCBA的,負責接收各模塊信號、執行算法(如重量計算、單位轉換)、控制顯示/按鍵等外設,相當于體重秤的“大腦”。
組成部分關鍵元件功能說明
主控芯片MCU(微控制器)主流型號多為8位/32位通用MCU,集成CPU、內存(RAM/ROM)、IO口,執行核心程序(如重量數據校準、濾波算法)。
時鐘電路晶振(4MHz/8MHz)、電容為MCU提供穩定的時鐘信號,保證指令執行的時序準確性(無時鐘信號,MCU無法正常工作)。
復位電路復位芯片、電阻、電容確保體重秤上電時MCU從初始狀態啟動,或在程序異常時強制復位(避免死機)。
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提供穩定的直流電壓(防止電壓波動導致數據計算誤差)。
二、重量信號采集模塊(“感官”:將重量轉為電信號)
體重秤通過“力學→電學”的轉換檢測重量,核心是應變式壓力傳感器,信號采集模塊負責將傳感器的微弱信號放大、濾波,以便MCU識別。
1.傳感器單元
核心元件:應變片式壓力傳感器(通常4個,分布在秤體四角,確保重量均勻采集)。
工作原理:傳感器內部的應變片(金屬電阻)隨重量擠壓發生形變,導致電阻值變化;4個應變片組成惠斯通電橋,當電阻變化時,電橋輸出微弱的電壓信號。
2.信號調理單元(放大+濾波)
運算放大器(運放):將傳感器輸出的mV級信號放大至V級,常用高共模抑制比的運放,減少外界干擾(如電源噪聲)。
三、電源管理模塊(“供血”:提供穩定電壓)
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換為各模塊所需的穩定電壓(如MCU需3.3V/5V,傳感器需5V),同時實現低功耗控制(延長電池壽命)。
組成部分關鍵元件功能說明
電壓轉換單元LDO(低壓差穩壓器)將電池的標稱電壓(如4節干電池6V、鋰電池3.7V)轉換為穩定的3.3V/5V,為MCU、運放、傳感器供電(LDO紋波小,適合對電壓穩定性要求高的模擬電路)。
電源開關單元輕觸開關、MOS管控制整機電源的通斷;部分智能秤支持“自動喚醒”(稱重時觸發開關,閑置時斷電),由MCU通過MOS管控制。
低功耗控制單元MCU內置低功耗模式、二極管閑置時,MCU進入休眠模式,關閉傳感器和運放的供電,僅保留喚醒檢測電路(如重量觸發),延長電池續航。
電池保護單元鋰電池保護芯片若使用鋰電池,需防止過充、過放、過流(避免電池損壞或起火),保護芯片會在異常時切斷電路。
四、顯示與交互模塊(“輸出”:反饋體重信息)
該模塊負責將MCU計算出的體重數據以可視化方式呈現,并接收用戶操作(如單位切換、去皮)。
1.顯示單元
常見顯示類型:
段碼LCD(液晶顯示屏):功耗低(適合電池供電),顯示數字(體重)、單位(kg/lb)、低電量提示,需搭配LCD驅動芯片,由MCU控制顯示內容。
OLED屏(有機發光二極管):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驅動電路。
LED數碼管:早期體重秤常用,亮度高但功耗大,需通過三極管或數碼管驅動芯片控制點亮。
2.交互單元
按鍵電路:由輕觸按鍵、上拉電阻組成,支持用戶操作(如“單位切換”“去皮”“喚醒”)。當按鍵按下時,MCU的IO口檢測到電平變化,執行對應指令。
指示燈電路:由LED燈、限流電阻組成,指示工作狀態(如電源指示燈、低電量指示燈、藍牙連接燈)。
五、擴展功能模塊(智能秤專屬,可選)
普通機械/基礎電子秤僅含上述4類模塊,而智能體重秤(支持藍牙、體脂檢測)會增加以下擴展模塊:
1.無線通信模塊(數據上傳)
藍牙模塊
Wi-Fi模塊
2.體脂檢測模塊(生物電阻抗法)
核心原理:通過電極片向人體發送微弱交流電流(安全范圍,通常50kHz/100μA以下),測量電流流過身體的阻抗(脂肪/肌肉/水分的阻抗不同),結合體重、身高、年齡等數據,由MCU計算體脂率、水分率等指標。
關鍵元件:交流信號發生器、阻抗檢測芯片、金屬電極片(與人體接觸,傳遞電流)。