一种用于腿部角度测量的角度传感器的制作方法

本发明提供一种用于腿部角度测量的角度传感器，属于角度传感器领域。

背景技术：

现有的角度传感器如接触式的电位器，通过检测连接在转轴上的电位器滑动引起的电路中电压变化，计算出转轴相应的运动情况。其原理简单，但电位器经长时间的滑动摩擦，电阻体被磨损后，精度会下降，甚至完全失效。此外还有一种情况就是磁位置传感器，利用永磁体的转动产生旋转磁场，然后通过磁位置传感芯片检测磁场的方向，从而检测出旋转角度。但是这样的结构也存在一个问题，磁位置传感芯片无法在强磁场中工作，特别是安装在电机附近，受到电机的强磁场干扰而无法正常工作。

现有的腿型矫正多是采用物理方法，腿型的变化要靠肉眼去观察，同时在舞蹈训练、腿部康复治疗中，都尚未有结合角度传感器的腿部矫正或辅助仪器，本发明提供一种角度传感器可用于大腿小腿角度测量，提高了角度测量精度，减少了温度和强磁场的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种用于腿部角度测量的角度传感器，解决了在腿型矫正、舞蹈训练及腿部康复治疗中靠肉眼观察腿型角度变化不准确、环境温度和强磁场对测量结果产生干扰而导致误差的问题，可应用于腿型矫正、舞蹈训练和康复治疗等方面。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于腿部角度测量的角度传感器，其特征在于：包括：

第一电路板：用于产生大腿处的第一角度信号和第一温度信号，并将第一角度信号和第一温度信号传给单片机；

第二电路板：用于产生小腿处的第二角度信号和第二温度信号，并将第二角度信号和第二温度信号传给单片机；

单片机：用于处理第一角度信号、第二角度信号、第一温度信号、第二温度信号，得到最终的角度值。

进一步，根据权利要求1所述的一种用于腿部角度测量的角度传感器，其特征在于：所述第一电路板和第二电路板各包括一个用于感应腿部角度与单片机相连的角度感应部分，还包括一个与单片机相连的温度补偿电路，用于测量大腿和小腿处的环境温度，并将温度信号转换为电信号传给单片机进行数据处理。

进一步，根据权利要求2所述的一种用于腿部角度测量的角度传感器，其特征在于：所述角度感应部分包括跟随第一电路板或第二电路板转动的转动轴、跟随转动轴转动的驱动齿轮、跟随驱动齿轮转动的第一测量齿轮、跟随第一测量齿轮转动的第二测量齿轮、与第二测量齿轮相耦合的磁体、与磁体对应放置的通电线圈、测量线圈感应电动势变化的电感式感测芯片。

进一步，根据权利要求3所述的一种用于腿部角度测量的角度传感器，其特征在于：所述驱动齿轮与第一测量齿轮的齿轮比为4：1。

进一步，根据权利要求3所述的一种用于腿部角度测量的角度传感器，其特征在于：所述角度感应部分还包括至少一个弹簧作用在驱动齿轮朝转动轴向的径向方向上。

进一步，根据权利要求2所述的一种用于腿部角度测量的角度传感器，其特征在于：所述温度补偿电路包括两个温度传感器、与温度传感器相连的放大电路和与放大电路相连的滤波电路，一个温度传感器位于第一电路板，另一个温度传感器位于第二电路板，温度传感器将环境温度转换为电信号经过放大电路的放大处理和滤波电路的除噪处理，得到最终温度信号传给单片机进行数据处理。

进一步，根据权利要求1所述的一种用于腿部角度测量的角度传感器，其特征在于：还包括一个显示屏和充电电池，显示屏由单片机控制用于显示温度和角度数据，充电电池为装置各部分进行供电。

进一步，根据权利要求1所述的一种用于腿部角度测量的角度传感器，其特征在于：还包括按键部分，按键部分由单片机控制，至少包括三个按键实现控制角度复位、装置开关和单片机与上位机通讯的功能。

进一步，根据权利要求1所述的一种用于腿部角度测量的角度传感器，其特征在于：所述单片机通过无线通讯与上位机进行通讯。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明采用两个电路板相结合的方式，一个测量大腿处角度和温度，一个测量小腿处角度和温度，分别由角度感应部分测得角度信号温度补偿电路测得温度信号，将两个角度信号和两个温度信号传送给单片机，单片机再进行数据处理，得到大腿与小腿间的角度值，能准确得到腿型角度数据，使腿部的训练和康复更加方便有效。

2.所述驱动齿轮与第一测量齿轮的齿轮比为4：1，能有效提高角度测量的精度。

3.所述温度感应部分包括至少一个弹簧装置，作用在驱动齿轮朝转动轴向的径向方向上，减少驱动齿轮和测量齿轮之间的游隙并且明显地减小由此引起的滞后误差。

4.本发明采用电感式感测芯片，能有效避免环境中强磁场对角度值的影响。

5.本发明包括有显示模块，可实时显示角度信号，并且单片机具有记忆功能，可记忆历史角度数据，可进行数据对比，能够有效地调整实施方案。

6.本发明包括温度补偿电路，可以测得环境中的温度信号，在处理角度信号时能有效消除环境的干扰，使得到的角度值更加精准。

7.本发明还包括按键部分，由单片机控制，至少包括三个按键实现控制角度复位、装置开关和单片机与上位机通讯的功能，能方便快捷的调整角度以及控制单片机与上位机的通讯。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明结构示意框图

图2为角度感应部分示意框图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于腿部角度测量的角度传感器，采用单片机控制角度传感器各部分的执行以及进行信号的处理，角度感应部分通过电路板的转动导致齿轮转动，从而导致磁体磁场变化，磁场变化引起通电线圈感应电动势的变化，电感式感测芯片测得感应电动势的变化产生角度信号转换为电信号传给单片机，温度补偿电路测得环境温度将温度信号转换为电信号传给单片机，单片机结合角度信号和温度信号进行数据处理得到最终的角度值，显示屏显示角度数据，按键可进行复位、通讯、通断电的操作，解决了在腿型矫正、舞蹈训练及腿部康复治疗中靠肉眼观察腿型角度变化不准确、环境温度和强磁场对测量结果产生干扰而导致误差的问题。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

如图1，在腿型矫正的应用中，一种用于腿部角度测量的角度传感器包括第一电路板：用于产生大腿处的第一角度信号和第一温度信号，并将第一角度信号和第一温度信号传给单片机；第二电路板：用于产生小腿处的第二角度信号和第二温度信号，并将第二角度信号和第二温度信号传给单片机；单片机：用于处理第一角度信号、第二角度信号、第一温度信号、第二温度信号，得到最终的角度值。第一电路板和第二电路板各包括一个用于感应腿部角度与单片机相连的角度感应部分。还包括一个与单片机相连的温度补偿电路，用于测量环境温度，并将温度信号转换为电信号传给单片机进行数据处理，温度补偿电路包括两个温度传感器、与温度传感器相连的放大电路和与放大电路相连的滤波电路，一个温度传感器位于第一电路板，另一个温度传感器位于第二电路板，温度传感器将环境温度转换为电信号经过放大电路的放大处理和滤波电路的除噪处理，得到最终温度信号传给单片机进行数据处理。还包括一个显示屏和充电电池，显示屏由单片机控制用于显示温度和角度数据，充电电池为装置各部分进行供电。还包括按键部分，按键部分由单片机控制，至少包括三个按键实现控制角度复位、装置开关和单片机与上位机通讯的功能。还包括两个绑带，用于将角度传感器固定在大腿和小腿部分。

其中，包括一个外壳将整个传感器罩住，外壳包括四部分：第一电路板、第一电路板的角度感应部分、第二电路板、第二电路板的角度感应部分，第一电路板固定在大腿外侧，第二电路板固定在小腿外侧，第一电路板与第二电路板通过机械转轴连接，可进行前后转动，单片机、显示屏与按键放在第一电路板上，温度补偿电路和充电电池放置在第二电路板上，其中一个温度传感器在第一电路板，另一个传感器在第二电路板，第一电路板的角度感应部分位于第一电路板和第二电路板连接处的右侧，第二电路板的角度感应部分位于第一电路板和第二电路板连接处的左侧，绑带位于第一电路板和第二电路板的外壳上。

如图2，所述角度感应部分包括跟随第一电路板或第二电路板转动的转动轴、跟随转动轴转动的驱动齿轮、跟随驱动齿轮转动的第一测量齿轮、跟随第一测量齿轮转动的第二测量齿轮、与第二测量齿轮相耦合的磁体、与磁体对应放置的通电线圈、测量通电线圈感应电动势变化的电感式感测芯片。

其中，转动轴与驱动齿轮相连，驱动齿轮与第一测量齿轮相联接，第一测量齿轮与第二测量齿轮相联接，通电线圈与电感式感测芯片想连接，电感式感测芯片与第一电路板的单片机连接，驱动齿轮根据转动轴的转动而转动，从而引起第一测量齿轮的转动，进而引起第二测量齿轮的转动，第二测量齿轮的转动引起与其耦合的磁体的磁场变化，磁场变化引起通电线圈的感应电动势的变化，电感式感测芯片测得通电线圈感应电动势的变化并转化为电信号传给单片机进行数据处理，所述驱动齿轮与第一测量齿轮的齿轮比为4：1。角度感应部分还包括至少一个弹簧作用在驱动齿轮朝转动轴向的径向方向上，第一电路板和第二电路板的外壳各包括一个绑带，用于将角度传感器固定在腿部。

通过按下开关按键使整个角度传感器通电进入工作状态，按下复位按键，进行角度复位操作，通过绑带将角度传感器固定在大腿和小腿侧面，第一电路板固定在大腿处，第二电路板固定在小腿处。角度感应部分通过电路板的转动导致转动轴转动，转动轴转动导致驱动齿轮转动，从而带动测量齿轮的转动，进而导致磁体磁场变化，磁场变化引起通电线圈感应电动势的变化，电感式感测芯片测得感应电动势的变化产生角度信号转换为电信号传给单片机，温度补偿电路测得环境温度将温度信号转换为电信号传给单片机，单片机结合角度信号和温度信号进行数据处理得到最终的角度值，显示屏显示角度数据，按键可进行复位、通讯、通断电的操作，单片机具有记忆功能，能保存历史数据，能进行角度变化的对比分析，从而制定更有效的解决方案。

其中，单片机选用stm32f103，温度传感器选用ad590，电感式感测芯片选用ldc1000。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。