【跑步姿势训练鞋】No.004-传感器制作和数据初级处理
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上一篇介绍了数据采集和波形实时显示,这一篇介绍我自己设计的传感器制作过程和数据初级处理。
本作品采用四个压力传感器采集足底的压力,如下图所示。由于各种原因吧,我没找到合适的传感器元件,最后突发奇想,何不自己做一个呢!
图1,压力传感器位置
基本思路就是做个鞋垫,在纸壳上刷一层碳粉,作为基底公共电极,传感器的另外一极用铜箔裁成小块,贴到碳粉上,压力越大,铜箔和碳粉之间接触越紧密,电阻越小,反之电阻变大,从而实现压力传感器的功能。
下面介绍制作过程。首先是找刷好碳粉的硬纸壳,我用的是TI申请样片的包装盒,如下图,厂家为了防静电,包装内部有一层导电碳膜,大厂就是豪啊。
图2,带碳膜的纸壳
先把纸壳裁成脚的形状,我是比对着我的鞋垫裁剪的,比较方便我做实验。需要裁剪2片,带碳膜的贴公共电极,另外一片不带碳膜,用来贴铜箔电极。然后按照自己的脚找到4个受力点,在不带碳膜的那片对应位置贴铜箔,用双面胶将两片粘起来,焊出引线,传感器就做好了。过程如下图。
图3,传感器制作
接下来是传感器电路连接。我先设计了原理图,如下图,这四个传感器用四个可调电阻表示,和一个固定电阻串接,分压值可以被采集。对地各接了一个电容,减少工频干扰。
图4,传感器电路连接原理图
为了实现上述电路,我找了一块试验板,焊接电阻电容,将线引出焊接到排针上,插到实验板上,要对应电源、地、4个ADC输入口。焊接完每一步要用万用表测试一下,防止短路或断路。劳动成果如下图。
图5,连线完成的板子
硬件搞定后,上电测试,我直接使用上篇帖子弄完的程序,可以将实时波形显示到屏幕上。从下图可以看出来,4个通道均有波形,可能因为碳膜均匀度不好,各通道一致性稍差。
图6,传感器输出的原始波形
当踩在上面不动的时候,波形基线基本是稳定的,如下图,这样表现还可以,后面需要用数据处理来找规律。
图7,不动的波形
接下来对采集的数据尝试了多种简单处理方法,如平均值,累加,乘积等,每次都不太如意,有较多直流偏移量,如下图。我期望能通过积分波形面积方式找出每个波形的峰谷值,幅度变化量。
图8,各种尝试
最后想到直接加一个高通滤波应该没问题,这个规划中的算法对低频要求不高,直接滤掉避免干扰计算。加上高通后效果还可以,低频搞没了就显得高频信号有点乱,索性再加一个平均值滤波,去去高频分量,最终效果如下图。
图9,高通滤波
高通滤波器跟采样率相关度比较大,实际调试发现RSL10在ADC设计上比较简单了,采样率在低速时基本上没有整点数的,最后找了一个跟100Hz接近的凑合上了。如下图。具体算法是用1MHz除以图中圈起的数值,实际采样率为97.65625Hz,一点都不正好。
图10,采样率设置
至此,基本上跟传感器相关的基础设计就完成了,由于自造的原因,各个通道一致性不是很好,后面做算法还需要有针对性的进行数据调整。下一步数据分析,抽象分析算法,调试蓝牙接口。
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