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一粒金砂(高级)

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【跑步姿势训练鞋】No.004-传感器制作和数据初级处理 [复制链接]

 

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!

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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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正如楼上所说,用薄膜压阻传感器会方便多了,自制勇气可嘉,显然面临诸多问题,一致性只是其一,即便采用现成薄膜压阻也面临体重压力和反复外力折磨的后果;压电陶瓷发电片压一次输出电能时间可能是微秒级别,对ADC是考验。   详情 回复 发表于 2021-6-17 10:47

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五彩晶圆(高级)

沙发
 

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楼主的实现压力传感器的功能基本思路应该是很正确的

传感器的布点再优化一下

然后再把几个通道的碳膜均匀度优化一下,应该很完美

 

 
 
 

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TA的资源

五彩晶圆(初级)

板凳
 
自制传感器,哈,神来之笔!
 
 
 

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版主

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碳膜可能没有应变片效果好,但是成本低也不容易坏,创意的确很不错

 
 
 

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不错不错!想法非常好!

 
 
 

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纯净的硅(高级)

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由于使用的是碳膜,所以有的点动态范围小,如果改用淘宝上的“压力”传感器就更好了,

也很便宜,几元一个。

能用到积分等处理方法,赞一个!精神可嘉!

个人签名چوآن شـين
 
 
 

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一粒金砂(中级)

7
 

正如楼上所说,用薄膜压阻传感器会方便多了,自制勇气可嘉,显然面临诸多问题,一致性只是其一,即便采用现成薄膜压阻也面临体重压力和反复外力折磨的后果;压电陶瓷发电片压一次输出电能时间可能是微秒级别,对ADC是考验。

 
 
 

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