压力采集电路及人机互动体感车的制作方法

本实用新型涉及压力传感技术领域，具体而言，涉及一种压力采集电路及人机互动体感车。

背景技术：

目前人机互动体感车上使用的压力传感器主要用于测量人体体重和作为转向系统的输入信号，每个传感器都是由4应变片组成的全桥，当人站在车体上时，通过测量各传感器输出，各输出经过运算处理后，可用于测量人的体重，还可以作为转向系统输入信号实现体感转弯。但采用上述结构的压力传感器，其生产成本较高，且加工工艺较复杂，不利于大批量生产。

综上，现有的压力传感器存在生产成本较高且加工工艺复杂的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种压力采集电路及人机互动体感车，以解决现有的压力传感器存在生产成本较高且加工工艺复杂的技术问题。

本实用新型实施方式提供了一种压力采集电路，该压力采集电路包括：压力感应模块，其包括电桥，所述电桥由应变片作为一个桥臂，且由定值电阻作为另一个桥臂，所述电桥的其他两个桥臂分别独立地由应变片或定值电阻形成，所述压力感应模块用于感应获取压力信号；滤波模块，与所述压力感应模块的输出端连接，用于对所述压力信号进行滤波；A/D模块，与所述滤波模块连接，用于转换所述滤波后的压力信号为数字压力信号；及供电模块，用于为所述压力感应模块供电。

进一步地，压力采集电路还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块包括：温度传感器，用于采集所述压力采集电路所处的当前环境温度；处理器，分别与所述温度传感器和所述A/D模块连接，用于接收所述数字压力信号并根据所述当前环境温度对所述数字压力信号进行温度漂移补偿。

进一步地，所述定值电阻为高精度电阻，其中，所述高精度电阻的阻值误差小于等于预设阻值误差值。

进一步地，所述应变片和所述定值电阻的常规温漂分别小于等于预设温漂值。

进一步地，各所述应变片和各所述定值电阻中，两两之间的常规温漂的差值的绝对值，均小于等于预设温漂差值。

进一步地，所述电桥由一个应变片作为一个桥臂，且其他三个桥臂分别由一个定值电阻组成，所述压力采集电路还包括滤波器，所述供电模块通过所述滤波器和所述A/D模块与所述电桥连接；所述应变片和所述定值电阻的常规温漂均小于等于预设温漂值25ppm/℃，所述定值电阻包括阻值误差值为0％～0.1％的高精度电阻，所述压力采集电路中的温度传感器包括热电偶、NTC热敏电阻或数字传感器中的一种或多种。

进一步地，所述处理器包括：获取模块，与所述温度传感器连接，用于获取当前环境温度；第一存储模块，用于存储数据，所述数据包括预设环境温度与所述压力采集电路的零点温漂量的关系数据；第一查询模块，分别与所述获取模块和所述第一存储模块连接，用于根据所述当前环境温度和所述关系数据，查询得到与所述当前环境温度对应的零点温漂量；数据处理模块，与第一查询模块连接，用于根据所述查询得到的零点温漂量、所述数字压力信号，得到无温漂的数字压力信号。

进一步地，所述温度传感器包括温度采集电路，所述温度采集电路包括热敏元件；所述获取模块包括：读取模块，与所述温度采集电路连接，所述读取模块用于读取温度采集电路中的热敏元件的参数值，所述参数包括电阻、电压或电流中的一种或多种；第二储存模块，用于储存所述热敏元件的参数与所述压力采集电路的温度之间的对应关系数据；第二查询模块，分别与所述读取模块和所述第二储存模块连接，用于根据所述参数值、所述对应关系数据，获取与所述参数值对应的所述压力采集电路的当前环境温度。

根据本实用新型的另一方面，还提供了一种人机互动体感车，所述人机互动体感车包括上述的压力采集电路。

进一步地，上述人机互动体感车，其包括车体及设于车体上的两个车轮，所述车轮在径向方向上可绕车体转动，所述车体进一步包括一支撑骨架、设置在该支撑骨架上的两个脚踏装置、第一位置传感器、控制装置以及用以驱动所述车轮的驱动装置，所述第一位置传感器包括一个或多个所述压力采集电路，用以感测所述两个脚踏装置相对所述支撑骨架的受力或倾斜度信息，所述控制装置根据所述受力或倾斜度信息，控制所述驱动装置驱动所述车轮移动或转动，所述支撑骨架为沿车轮轴向延伸的管状，所述脚踏装置包括位于所述管状支撑骨架上的脚踏平台。

在上述实施例的压力采集电路中，通过使用由应变片作为一个桥臂的电桥，相比于现有的四个桥臂全部由应变片形成的电桥来说，在满足实际测量精度的前提下，降低了成本，同时，由于应变片数量减少，还降低了压力采集电路整体的加工工艺复杂性。解决了现有的压力传感器存在生产成本较高且加工工艺复杂的技术问题，实现了降低压力采集电路生产成本、简化加工工艺的效果，有利于大批量生产。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的压力采集电路中各模块的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的压力采集电路的示意图；

图3是根据本实用新型实施例的一种可选的温度传感器电路的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

考虑到现有的人机互动体感车上使用的压力传感器，每个传感器中的压力采集电路都是由4应变片组成的全桥，用以测量人体重量和作为转向系统输入信号实现体感转弯。但采用上述结构的压力传感器，其生产成本较高，且加工工艺较复杂，不利于大批量生产。针对产生上述技术问题的根本原因，本申请考虑可以减少电桥中的应变片数量，采用至少一个桥臂采用应变片，至少一个桥臂采用定值电阻的方式，来形成电桥，通过减少整个压力采集电路的应变片数量，部分换成较为便宜的定值电阻，可以降低成本，并且应变片较少，加工工艺更为简便。从而可以解决现有的压力传感器存在生产成本较高且加工工艺复杂的技术问题。

基于上述思考思路，本申请实施方式提供了一种压力采集电路，图1是根据本实用新型实施例的一种可选的压力采集电路中各模块的示意图，如图1所示，该压力采集电路100包括：压力感应模块10、滤波模块30、A/D模块50以及供电模块70，其中：

压力感应模块10，其包括电桥，电桥由应变片作为一个桥臂，且由定值电阻作为另一个桥臂，电桥的其他两个桥臂分别独立地由应变片或定值电阻形成，压力感应模块用于感应获取压力信号；

其中，上述压力感应模块10中的电桥是4个桥臂构成的全桥结构，各个桥臂均是由定值电阻或应变片构成的，至少一个桥臂是由应变片构成的，至少一个桥臂是由定值电阻构成的；换言之，4个桥臂中的一个桥臂是由应变片构成的，其他由定值电阻构成，又或者4个桥臂中两个桥臂是由应变片构成，其他由定值电阻构成，再或者4个桥臂中三个桥臂是由应变片构成，其他由定值电阻构成。上述应变片可以为电阻应变片。上述定值电阻优选为高精度电阻。

滤波模块30，与压力感应模块的输出端连接，用于对压力信号进行滤波；其中，滤波模块30优选为RC滤波器，用于对压力信号进行高频滤波，从而免除高频干扰信号的干扰，使得采集信号更加准确。

A/D模块50，与滤波模块连接，用于转换滤波后的压力信号为数字压力信号；其中，A/D模块50即为模数转换模块，用于将滤波后的模拟压力信号转换为数字压力信号，便于后续对信号的处理。

供电模块70，用于为压力感应模块供电；其中，该供电模块70可以直接和压力感应模块连接，也可以通过其他模块与压力感应模块连接，为其供电。

通过采用上述实施例，在压力采集电路中，通过使用由应变片作为一个桥臂的电桥，相比于现有的四个桥臂全部由应变片形成的电桥来说，在满足实际测量精度的前提下，降低了成本，同时，由于应变片数量减少，还降低了压力采集电路整体的加工工艺复杂性。解决了现有的压力传感器存在生产成本较高且加工工艺复杂的技术问题，实现了降低压力采集电路生产成本、简化加工工艺的效果，有利于大批量生产。

优选上述实施例中的电桥由一个应变片作为一个桥臂，且其他三个桥臂分别由一个定值电阻组成。这样能够最大程度地简化加工工艺，并且由于定值电阻的价格一般低于应变片，从而也可以较大程度地节约成本。

在一个优选的实施例中，上述压力感应模块10中的定值电阻为高精度电阻，其中，高精度电阻的阻值误差小于等于预设阻值误差值。

采用高精度电阻，由于其具有阻值误差较小的特点，可以提高测量准确性。优选上述预设误差值为0％～0.1％，也即，定值电阻包括阻值误差值为0％～0.1％的高精度电阻。为了进一步地减少阻值误差对测量准确度的影响，电桥中的定值电阻可以采用相同阻值的高精度电阻。

在另一个优选的实施例中，上述压力感应模块10中的应变片和定值电阻的常规温漂分别小于等于预设温漂值。优选上述预设温漂值为25ppm/℃，即优选应变片和定值电阻的常规温漂均小于等于25ppm/℃。

通过上述实施例，可以降低温漂对定值电阻或应变片阻值的影响，进一步提高测量准确性。

为了尽量避免温漂对阻值的影响，在上述电桥中，各应变片和各定值电阻中，两两之间的常规温漂的差值的绝对值，均小于等于预设温漂差值。优选电桥中的各应变片和各定值电阻的常规温漂相同，这样可以不用温度补偿模块对压力采集电路输出的数字压力信号进行温漂补偿，就可以实现较为准确地测量。

上述可选的实施例中，压力感应模块10中的电桥四个桥臂上的应变片或定值电阻温漂越接近越好，进一步降低温漂对阻值的影响，进一步提高测量准确性。

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的压力采集电路的示意图，下面结合图2对压力采集电路进行举例说明，如图2所示，该压力采集电路包括：

压力感应模块，用于感应压力信号，该模块包括一个电桥，该电桥是由一个电阻应变片R1和三个高精度电阻(分别为R10、R11及R15)构成的，在该电桥中，电阻应变片R1和高精度电阻R10、高精度电阻R11及高精度电阻R15分别作为一个桥臂，其中，电阻应变片R1的一端连接高精度电阻R10的一端，另一端连接高精度电阻R15一端，高精度电阻R10的另一端连接高精度电阻R11的一端，高精度电阻R11的另一端连接高精度电阻R15的另一端；上述电阻应变片和三个精度电阻的阻值均取1kΩ，且常规温漂均小于25ppm/℃。

除了压力感应模块外，压力采集电路还包括滤波模块，用于滤除对电路高频滤波，该滤波模块包括电阻R12、电阻R13和电容C12，其中，电阻R12的一端分别与高精度电阻R11的另一端和高精度电阻R15的另一端连接，电阻R12的另一端与电容C12的一端连接，电容C12的另一端与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端分别与高精度电阻R10的一端和电阻应变片R1的另一端连接；

除了上述两个模块外，压力采集电路还包括A/D模块，该A/D模块为如图所示的U4(型号为HX710A)，其包括八个端口1～8，其中：

该模块的第一端口1(即，端口Vref)与电桥的VCC B端连接，即该第一端口1分别与高精度电阻R10的另一端和高精度电阻R11的一端连接；

该模块的第二端口2(即，端口AGND)与电桥的GND端连接，也即分别与电阻应变片R1的另一端和高精度电阻R15的一端连接，并且该第二端口2还接地；

该模块的第三端口3(即，端口INN)分别与滤波模块中的电阻R12的另一端和电容C12的一端连接；

该模块的第四端口4(即，端口INP)分别与滤波模块中的电阻R16的一端和电容C12的另一端连接；

该模块的第五端口5(即，端口PD_SCK)通过电阻R14与控制装置或处理器(如图2所示的MCU_SCK2)连接；

该模块的第六端口6(即，端口DOUT)通过电阻R13与控制装置或处理器(如图2所示的MCU_Data2)连接；

该模块的第七端口7(即，端口DV DD)与电源模块中的直流电源U连接；

该模块的第八端口8(即，端口AV DD)分别与电感L2的一端连接，该电感L2一端通过电容C10接地，电感L2的另一端与直流电源U连接且通过电容C11接地；上述电感L2和电容C10和C11构成一个π型滤波器，用于对电路高频滤波；

该电压采集电路还包括供电模块，该供电模块包括上述直流电源，用于为电桥供电，在此不再赘述。

通过采用上述实施例，在压力采集电路中，采用一个应变片和三个高精度低温漂电阻形成全桥，相比于现有的四个桥臂全部由应变片形成的电桥来说，在满足实际测量精度的前提下，降低了成本，同时，由于应变片数量减少，还降低了压力采集电路整体的加工工艺复杂性。

在一个可选的实施方式中，上述压力采集电路100还包括温度补偿模块90，该温度补偿模块90包括：温度传感器91和处理器93，其中：

温度传感器91，用于采集压力采集电路所处的当前环境温度；

其中，优选上述温度传感器91包括热敏元件，该热敏元件可以包括热电偶、NTC或数字传感器中的一种或多种，其中NTC(Negative Temperature Coefficient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。为了进一步节约成本，上述热敏传感器优选采用NTC。

处理器93，分别与温度传感器91和A/D模块50连接，用于接收数字压力信号并根据环境温度对数字压力信号进行温度漂移补偿。

在上述可选的实施例中，由于使用电阻和电阻应变片温度系数可能不同，所以引入一温度传感器91测量当前环境温度，配合处理器93来补偿电桥中的定值电阻和电阻应变片温漂系数(不同材料温漂系数不一样，单位为ppm/摄氏度，即温度每变化一度电阻值变化多少一项性能指标，定值电阻和电阻应变片本身的温漂系数可由实验测得)的不一致性导致的误差，实现数字压力信号的准确测量。

在一个优选的实施方式中，上述处理器93包括：获取模块931、第一存储模块932、第一查询模块933以及数据处理模块934，其中：

获取模块931，与温度传感器连接，用于获取当前环境温度；

第一存储模块932，用于存储数据，数据包括预设环境温度与压力采集电路的零点温漂量的关系数据；

其中，存储在该第一存储模块932中的关系数据，可以通过实验得到，其具体过程包括如下步骤：先将包括上述压力采集电路的传感器样品放置于高低温实验箱内，调节高低温实验箱温度从-20到60摄氏度变化，记录温度对应的传感器输出值(即不同温度下传感器的零点漂移，或者零点温度漂移)，然后存储在处理器MCU内部，也即上述第一存储模块932内部，当机器运行时通过查表的方式得到该温度下的漂移值进行温度补偿。

第一查询模块933，分别与获取模块931和第一存储模块932连接，用于根据当前环境温度和关系数据，查询得到与当前环境温度对应的零点温漂量；

数据处理模块934，与第一查询模块933连接，用于根据查询得到的零点温漂量、数字压力信号，得到无温漂的数字压力信号。

通过处理器中的各个模块，在获取到当前环境温度后，通过预存的预设环境温度和压力采集电路的零点漂移量的关系数据，第一查询模块能够根据获取到的当前环境温度和预存的上述关系数据，采用类似查表的方式来获取当前环境温度对应的零点漂移值，通过该零点漂移值对数字压力信号进行修正，消除压力采集电路的零点温漂对输出信号的影响，从而提高了压力采集电路的测量准确性，同时，采用上述各模块还提升了处理器的处理效率。

进一步优选地，上述温度传感器91可以包括温度采集电路，温度采集电路包括热敏元件；

上述获取模块931包括：读取模块9311、第二储存模块9312及第二查询模块9313，其中：

读取模块9311，与温度采集电路连接，读取模块用于读取温度采集电路中的热敏元件的参数值，参数包括电阻、电压或电流中的一种或多种；

第二储存模块9312，用于储存热敏元件的参数与压力采集电路的温度之间的对应关系数据；

第二查询模块9313，分别与读取模块和第二储存模块连接，用于根据参数值、对应关系数据，获取与参数值对应的压力采集电路的当前环境温度。

通过采用上述实施例，处理器中的获取模块能够通过类似查表的方式来获取当前环境温度，先获取热敏元件的参数值，然后通过该参数值和对应关系数据(该对应关系数据用于示出预存的参数与压力采集电路的温度之间的关系)，来查询获取压力采集电路当前的环境温度。该处理器可以通过上述查表的方式来实现对当前环境温度的高效获取，从而有利于根据当前环境温度对压力采集电路的输出信号进行准确的温度补偿，进一步提高测量的准确度。

图3是根据本实用新型实施例的一种可选的温度传感器电路的示意图，如图3所示，该温度补偿模块中的温度传感器的电路TEMP中，使用NTC热敏电阻RT1，将热敏电阻RT1与电阻R4串联，并且两电阻两端的一端接入电压，另一端接地，如图3所示，通过MCUADC模拟输入读取热敏电阻RT1的分压值，通过MCU查表(温度阻值对应表，即上述的预存的参数与压力采集电路的温度之间的对应关系数据)的方式获取当前环境温度。

在一个优选的实施例中，上述压力采集电路还可以包括滤波器，供电模块通过滤波器和A/D模块与电桥连接。该滤波器可以选用π型滤波器。

通过采用上述优选实施例，能够实现滤除电路中的高频电波，防高频干扰信号的干扰的效果。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例中还提供了一种人机互动体感车，该人机互动体感车包括上述的压力采集电路。

通过上述实施例，采用包括上述压力采集电路的人机互动体感车，由于压力采集电路中的电桥采用的应变片数量减少，电桥的至少一个桥臂采用应变片形成，且至少一个桥臂采用定制电阻形成，这样相比于现有的四个桥臂全部采用应变片的电桥来说，由于定值电阻的价格远小于应变片，从而压力采集电路的整体价格较低；并且由于应变片的加工工艺较为复杂，减少应变片的数量，可以简化压力采集电路的整体加工工艺的难度，从而提高了加工效率，有利于大批量的生产。

在一个优选的实施例中，上述人机互动体感车包括车体及设于车体上的两个车轮，上述车轮在径向方向上可绕车体转动，上述车体进一步包括一支撑骨架、设置在该支撑骨架上的两个脚踏装置、第一位置传感器、控制装置以及用以驱动车轮的驱动装置，上述第一位置传感器包括一个或多个压力采集电路，用以感测两个脚踏装置相对支撑骨架的受力或倾斜度信息，控制装置根据受力或倾斜度信息，控制驱动装置驱动车轮移动或转动，支撑骨架为沿车轮轴向延伸的管状，脚踏装置包括位于管状支撑骨架上的脚踏平台。

由于压力采集电路包括：压力感应模块、滤波模块、A/D模块以及供电模块，上述控制装置包括上述压力补偿模块，或者至少包括上述压力补偿模块中的处理器。

上述的压力采集电路可以设置于人机互动体感车的脚踏装置下方，如此设置，第一位置传感器能够通过脚踏装置受到的压力信息，并将感测到的信息传送到控制装置中的压力补偿模块。

第一位置传感器控制装置用以根据两个脚踏装置之间的受力信息差控制驱动车轮移动或转动，实现控制人机互动体感车的转向，受力信息差可由脚踏装置对应的压力采集电路提供。

控制装置还用以根据两个脚踏装置之间的受力信息和测量使用者的体重，受力信息和可由脚踏装置对应的压力采集电路提供。如此设置，当使用者站立于两个脚踏装置上驾驶该人机互动体感车时，可以同时测得该使用者的体重；

该第一位置传感器还通过上述压力采集电路采集的压力值，来感测脚踏装置上是否有使用者，以控制车轮的启停。如此设置，无需单独设置一个感应开关，从而简化车体架构。当然，在其他实施方式中，也可以单独设置感应开关。

上述人机互动体感车包括四个压力采集电路，两个脚踏装置，同一脚踏装置下方设置两个压力采集电路，用于采集车体前进方向的前、后部压力。如此设置，当使用者及支撑骨架整体往前倾时，该脚踏装置对应的两个压力采集电路感测到的压力差值，可以间接感测到支撑骨架相对于车轮的倾斜信息，当感测到倾斜之后，就会发出信号给控制装置中的处理器，控制装置控制驱动车轮向前运动，使得整体具有向后倾斜的力，起到平衡的作用。

在一个具体的实施例中，上述人机互动体感车包括车体及设于车体上的两个车轮，上述车轮在径向方向上可绕车体转动，上述车体进一步包括一支撑骨架、设置在该支撑骨架上的两个脚踏装置、第一位置传感器、控制装置以及用以驱动车轮的驱动装置。

上述两个脚踏装置分别用于放置左右脚，每个脚踏装置下方安装有两个第一位置传感器，每个第一位置传感器都包括一个如上述各实施例中所述的压力采集电路，即压力采集电路中包括压力感应模块、滤波模块、A/D模块、供电模块以及温度补偿模块，其中，压力感应模块中包括电桥，该电桥的四个桥臂分别由一个电阻应变片和三个高精度电阻形成，应变片和三个高精度电阻的常规温漂值接近，并且均小于等于25ppm/℃。电阻应变片和三个高精度电阻的阻值都相等，温度补偿模块通过对NTC热敏电阻进行分压检测，得到当前环境温度，通过预存的第一位置传感器的零点温漂和环境温度的关系数据，来得到与当前环境温度相对应的零点温漂，最后得到消除温漂影响的数字压力信号。

控制装置除了包括上述温度补偿模块外，还包括转向系统。当使用者站在车体上时，控制装置控制测量四个第一位置传感器的输出数字压力信号之和即可测量使用者的体重，控制装置还控制将测量的左脚前后数字压力信号差再减去右脚前后数字压力信号差作为转向系统输入信号，以实现人机互动体感车的转弯。当然，控制装置还可以根据实际需要，调整控制算法，以实现对人机互动体感车的人体体重测量和转向。

其中，控制装置包括温度补偿模块和转向系统，上述第一位置传感器包括一个或多个压力采集电路，用以感测两个脚踏装置相对支撑骨架的受力或倾斜度信息，控制装置根据受力或倾斜度信息，控制驱动装置驱动车轮移动或转动，支撑骨架为沿车轮轴向延伸的管状，脚踏装置包括位于管状支撑骨架上的脚踏平台。

上述实施例如此设置，可以简化实现方案，即将全桥中的其中三个电阻应变片由精密电阻或者高精度电阻代替，以降低加工工艺复杂性及成本。

上述实施例中脚踏装置下方设有自下而上凹陷用于部分收容支撑骨架的安装缺口，该压力采集电路可以安装于该缺口内，缩小车体高度，提高使用者站立稳定性，另一方面，也可以从而提高车体整体的结构稳定性。

该脚踏装置与支撑骨架之间为活动连接或固定连接。如此设置，第一位置传感器可通过电桥用以感测脚踏装置的压力信息。

同一脚踏装置上设有用以感测同一脚掌不同部位压力信息的两个第一位置传感器，各第一位置传感器包括上述压力采集电路，控制装置用于根据两个第一位置传感器的压力差驱动车轮移动或转动。如此设置，当两个脚踏装置受力信息差不同时，其中一侧车轮的移动速度大于另一车轮的移动速度，或者两侧车轮的移动方向相反，从而实现转向。

脚踏装置包括脚踏平台以及位于脚踏平台上方的脚垫，第一位置传感器设置于脚踏平台下方。如此设置，使用者可踩踏于该脚垫上，满足特定的防滑或者提高踩踏舒适性的需求。

采用包括上述人机互动体感车，由于压力采集电路中的电桥采用的应变片数量减少，电桥的至少一个桥臂采用应变片形成，且至少一个桥臂采用定制电阻形成，这样相比于现有的四个桥臂全部采用应变片的电桥来说，由于定值电阻的价格远小于应变片，从而压力采集电路的整体价格较低；并且由于应变片的加工工艺较为复杂，减少应变片的数量，可以简化压力采集电路的整体加工工艺的难度，从而提高了加工效率，有利于大批量的生产。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。