基于摩擦發(fā)電傳感陣列的腳部智能識(shí)別系統(tǒng)

發(fā)布時(shí)間：2020-05-15 19:08

【摘要】：相較于傳統(tǒng)的壓電式和壓阻式傳感器件,基于摩擦納米發(fā)電機(jī)(Triboelectric nanogenerator,TENG)的傳感器因其自供能、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注,但是針對(duì)其輸出信號(hào)采集電路方面的研究較少。本文通過自制電路成功檢測(cè)到了單個(gè)和多路TENG的輸出信號(hào),隨后設(shè)計(jì)了基于TENG傳感陣列的腳部識(shí)別系統(tǒng),對(duì)人體行走過程中腳部的步態(tài)信息進(jìn)行采集,實(shí)時(shí)顯示腳底各位置接觸地面的相對(duì)速度、先后順序以及腳部輪廓等,通過提取特征參數(shù)采用支持向量機(jī)分類算法還可以實(shí)現(xiàn)人物識(shí)別的功能。本文的主要內(nèi)容有:(1)分析了接觸分離式TENG的工作原理,對(duì)課題中所使用的TENG進(jìn)行了負(fù)載輸出電壓以及短路輸出電流測(cè)試,給出了完整的TENG開路狀態(tài)和短路狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)過程,提出動(dòng)量與器件輸出的關(guān)系并設(shè)計(jì)小球墜落實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。(2)對(duì)TENG處理電路進(jìn)行了研究,通過負(fù)反饋積分放大電路成功檢測(cè)到了單個(gè)TENG的輸出,使用模擬開關(guān)完成了對(duì)多路TENG信號(hào)的采集,設(shè)計(jì)TENG按鍵實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了自制電路系統(tǒng)的可行性與實(shí)用性。(3)將TENG輸出電極與PCB進(jìn)行了結(jié)合,把輸出電極與后續(xù)信號(hào)處理電路制作在了一塊板子上,用STM32單片機(jī)內(nèi)置的ADC單元對(duì)采集到的腳部信號(hào)進(jìn)行采樣,通過串口單元將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC上位機(jī),PC端利用基于MFC的對(duì)話框窗口程序,將收到的數(shù)據(jù)與RGB進(jìn)行配色后以圖像形式實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)地顯示腳部信息。(4)針對(duì)腳部識(shí)別系統(tǒng)圖像結(jié)果顯示不清晰的現(xiàn)象,從陣列密度和圖像處理兩方面給出了改進(jìn)方案。首先通過縮小器件面積、增加陣列密度從根本上解決采樣點(diǎn)數(shù)量不足的問題,然后又用插值算法對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理,最終成像效果得以改善。
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