为了使微处理器能够读取读出电路的输出电压，模拟

需要数字转换器或ADC。系统中使用的ESP32是在Adafruit上实现的

HUZZAH32羽毛板，将16个可用ADC端口[17]中的12个连接到输入引脚[18]。

当描述ESP32的ADC特性时，发现输出非常不稳定，如图3.8所示

ADC的一个通道的输出和它的输入电压的曲线图，每个ADC通道都显示了这种行为。

从图3.8b中可以看出，输入电压相当稳定，而ADC的输出则具有数值

其差值高达约700，使用最小输入值为12位ADC

0 V和最大值3.3 V对应于大约0.56 V的波动。见图3.6

这相当于大约1500克的重量差异。

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

时间[ms]

3200

3300

3400

3500

3600

3700

3800

3900

4000

4100

adc值

（a） （二）

图3.8：（a）ESP32上ADC通道之一的输出，（b）ADC的输入电压

由于1500克的波动是不可接受的，所以使用外部ADC代替可用的ADC

在ESP32上。本系统采用MCP3208。

选择MCP3208[16]是因为它是一个相当便宜的ADC，至少有5个通道。这个

MCP3208是为数不多的有足够频道的价格合理的adc之一，也是为数不多的使用的平价adc之一

易于使用的原型技术。MCP3208的分辨率与ADC相同

在ESP32上，即12位。从图3.6可以看出，有效重量范围为0到15.23

kg使用2.946～0.41Æ2.536V的电压范围，因为ADC将4096个值除以整个输入范围

3.3伏，1伏约4096伏

3.3

Æ1241值，这意味着有效力范围为0到15.23

kg由大约1241¢2.536Æ3147值表示，因此分辨率为15230

3147

Æ4.8克，即

根据S.1d的要求，足够了。

MCP3208的采样率为每秒50000个样本，电源电压为2.7V和100000

使用5V电源电压时每秒采样数[16]。因为该系统中的MCP3208使用3.3伏电压

供应，可以假设ADC的采样率至少为每秒50000个样本，这很好

在要求G.6的规范范围内。

16 3。力传感器

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

时间[ms]

3460

3465

3470

3475

3480

3485

3490

3495

adc值

（a） （二）

图3.9：（a）MCP3208其中一个通道的输出，（b）MCP3208的输入电压

要求S.1h要求ADC产生适合作为ESP32微处理器输入的输出。

MCP3208使用串行外围接口（SPI）协议。ESP32也有

通过SPI进行通信的选项[17]。此系统中的SPI设置使用“主”设备，在本例中为

ESP32微处理器，通过两条数据线和一条时钟线连接到“从”设备

每个“从”设备都有芯片选择线。时钟线会损坏时钟信号，而芯片选择线通常是正常的

高。一条数据线用于将数据从ESP32微处理器发送到“从”设备和

其他数据线用于将数据从“从”设备发送到ESP32。时钟线用来确保

数据传输是同步的。“从属”设备仅允许在其芯片选择时发送或接收数据

为什么这个SD卡也可以连接到SD卡上，而这个SD卡也是用低电平的

数据线和时钟线。ESP32用于读取ADC的代码如附录A.1所示。

图3.9显示了外部ADC及其输入信号的输出图。值的区别是

大约30，相当于大约30的波动

4096

·3.3Æ24毫伏。可见

从图3.9b可以看出，这主要是由于电源电压波动造成的。

从图3.6可以看出，24mV的波动导致大约150的波动

克。这不符合S.1e的要求。但是，如图3.9所示，这主要是由于

电源有噪音。最终系统中使用的电源电压可能更稳定

还有待确定。

4

G力和方向

重力是相对于重力的加速度。运动员对重力感兴趣，

因为他想知道重力是否会影响他的转向行为。为了测量重力

全方位，需要一个三轴加速度计。

Bob Skeleton steering经验模型的评估[2]描述了一个与测量值相关的模型

运动员按一定方向施加的力。因为这两个量都是在我们的情况下测量的

为了说明找到底座的方向

通过测量辊，通过测量纵倾来确定坡度。这两个数量都可以通过

用陀螺仪。图4.1说明了这些运动的方向。

图4.1：横摇、横摆和俯仰。在这种情况下，底座前部正x方向。

4.1。加速度计和陀螺仪的选择

可使用分离式三轴加速度计和一个分离陀螺仪来测量上述加速度计

然而，一种称为惯性测量单元（IMU）的装置将这些传感器组合在一起，

还有磁强计。系统中使用的IMU是MPU-9250分接电路，由

斯巴克芬电子公司。该电路包含IMU本身，以及正确的必要组件

17

18 4。G力和方向

从测量值中读取[19]。

MPU-9250允许通过I2C或SPI导出测量数据。在该系统中，I2C用于

ESP32与IMU之间的通信。与SPI类似，如第3.4节所述，I2C允许

多个“从”设备与单个总线的连接。I2C不使用4条数据线，而是只使用2条数据线，

时钟线和双向数据线。从事实看多个“从”装置的区别

每个设备都有自己的地址。使用I2C协议满足S.2d要求。

MPU-9250的实现主要由B组完成，因为他们的系统使用它来实现

为了提高定位精度，卡尔曼滤波器。更多关于这个的信息可以从他们的

论文[9]。所有读取ESP32测量值所需的代码也由B组提供

在他们的论文中可以找到[9]。

MPU-9250的选择是由于设备上有大量的文档，例如

作为连接指南[20]，它还提到了一个可由ESP32使用的预构建arduino库。这个

MPU-9250的实施几乎不需要任何注意，这意味着，主要的重点是

该子系统可用于测量雪橇上的物体力。其他原因

选择MPU-9250的价格是实惠的，其规格符合要求

第S.2节中提到。MPU-9250的测量值高达16 g[21]，即要求

S、 2c和这也满足G.3的要求。

5

讨论

在系统设计过程中，进行了大量的测试。本章将列出测试设置和结果

最重要和最相关的测试。

5.1。压敏膜的电阻和电导

对FSR 406和柔性力A502传感器进行了多次测量，以确定其特征

这两个传感器。对于这两个方面，包括如下测量设置。传感器平放在一个平面上

表面。除此之外，一块空白PCB的面积比传感器的面积小一些

放好的，然后是一个玻璃板。空白印刷电路板和玻璃板的重量合计为201克。这个

包括PCB和玻璃板的原因是均匀地将力分配到传感器上，创建

平台可加载更多权重并在传感器上创建预加载。两个传感器完全

未压缩的电阻为数百兆欧姆。传感器本身连接到

Fluke 177万用表，设置为电阻测量模式。安装程序加载了权重，

将重量增加250克，以测量相应的电阻

每一个质量。现在已知这个质量，力也可以用牛顿第一定律F，m，a来计算。

在这种情况下，重力常数g，因为力被指向地球。

测量FSR 406的电阻时，发现传感器显然需要时间来固定到a

最终电阻值。这使得测量和重复测量变得困难。具有柔性力A502

这种影响几乎不存在。对于较低的质量，它显示出一些沉降行为，但很快

随着质量的增加而消失。FSR 406和Flexiforce A502的测量都进行了两次

为了显示重复性。这两组测量值在FSR 406的最大偏差为5%

然而，该传感器也有沉降特性，因此很难确定这些不准确之处

从。A502的屈伸重复性好，最大偏差在1%左右。这个

电阻和电导测量结果如图3.4a所示。随后，在另外两个附加结果中

Tekcan Flexforce A502传感器的特性。如图所示？？两者有区别

传感器。影响反馈电阻器的选择。但是，选择了同样的选择

所有读出电路的反馈电阻器，并为每个传感器提供