一種基于電容式壓力傳感器的智能鞋墊系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種腳底壓力智能傳感系統，具體涉及一種用于監測腳底壓力分布的基于電容式壓力傳感器的智能鞋墊系統，屬于智能可穿戴領域。
【背景技術】
[0002]隨著社會進步，人們的生活質量也漸漸提高，越來越多的人開始關注自己的身體狀態，希望獲取更多關于自身的狀態數據來評估自己的健康程度。對于醫務人員來說，獲取病人詳細的體征數據可以幫助準確地診斷和治療疾病。而另一方面，隨著傳感器技術越來越成熟，元器件體積越來越小，使得傳感器更方便的集成到貼身穿戴的物件上成為可能，現在市面上已經有很多用于檢測體征信息的可穿戴設備，可是大多數產品都是通過手腕獲取人體的數據，因而能獲取的體征數據種類有限，此外由于腕部配飾的活動自由度大、外界干擾因素較大以及手部運動的復雜性，使得由手部獲得的人體數據可信度低，而且精度不高，成為影響這類可穿戴產品發展的難題。
【發明內容】
[0003]為克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于電容式壓力傳感器的智能鞋墊系統，由腳部采集人體壓力信息，用來分析穿戴者的人體狀態，取得改善監測環境，提高數據準確率和可信度的效果。
[0004]本發明采取如下技術方案實現以上目的:
[0005]一種基于電容式壓力傳感器的智能鞋墊系統，其包括:
[0006]鞋墊，由頂層、底層和夾置于該頂層與底層之間的傳感器層組成；
[0007]柔性電容式壓力傳感器，用以測量腳掌各位置的壓力，包括分布于所述傳感器層中的第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器、第六壓力傳感器和第七壓力傳感器，所述第一壓力傳感器設置于鞋墊上對應于腳掌的根骨底端處，所述第二壓力傳感器設置于鞋墊上對應于腳掌的第五跖骨靠近骰骨端的端點處，所述第三壓力傳感器設置于鞋墊上對應于腳掌的第五跖骨靠近第五近節趾骨的端點處，所述第四壓力傳感器設置于鞋墊上對應于腳掌的第三遠節趾骨和第四遠節趾骨的中點處，所述第五壓力傳感器設置于鞋墊上對應于腳掌的第三跖骨靠近第三近節趾骨的端點處，所述第六壓力傳感器設置于鞋墊上對應于腳掌的第一遠節趾骨中點處，所述第七壓力傳感器設置于鞋墊上對應于腳掌的第一跖骨靠近第一近節趾骨的端點處；
[0008]信號采集電路系統，通過傳感器信號傳輸線與所述柔性電容式壓力傳感器連接，將該柔性電容式壓力傳感器測量的壓力信號處理后進行存儲或者發送到移動終端，同時分析計算出包括心率、體重、步姿、步數、步頻和走速在內的人體狀態數據。
[0009]作為進一步改進，所述的信號采集電路系統包括傳感器信號采集模塊、主控芯片、數據存儲模塊以及電源和無線傳輸模塊；所述傳感器信號采集模塊連接所述柔性電容式壓力傳感器，將多個通道的柔性電容式壓力傳感器的壓力信號轉換為數字信號輸入所述主控芯片；所述主控芯片連接該傳感器信號采集模塊，將傳感器信號采集模塊獲得的壓力數據儲存到所述數據存儲模塊中或者輸送到所述電源和無線傳輸模塊，并且分析計算出人體狀態數據；所述數據存儲模塊連接所述主控芯片，用于儲存所述壓力數據；所述電源和無線傳輸模塊通過無線傳輸和電源連接線連接所述主控芯片，提供電源動力并且將所述壓力數據發送到移動終端。
[0010]作為進一步改進，所述的傳感器信號采集模塊具有13個傳感器采集通道，電容檢測范圍為0-20pF，檢測精度優于IfF，采樣時間低于3ms/通道。
[0011]作為進一步改進，所述的主控芯片的核心頻率大于16MHz，具有至少1個通用異步收發傳輸器通道、至少2個串行外設接口通道、至少一個Inter — Integrated Circuit通道和至少2個16位定時器。
[0012]作為進一步改進，所述的數據存儲模塊采用串行閃存芯片，儲存容量大于50MByte，讀寫時鐘頻率大于50MHz。
[0013]作為進一步改進，所述的電源和無線傳輸模塊包括電池和無線傳輸模塊，所述無線傳輸模塊能夠與移動終端或者電腦快速通信，至少具有115200bps的波特率。
[0014]作為進一步改進，所述的無線傳輸和電源連接線為柔性扁平電纜連接線。
[0015]作為進一步改進，所述的主控芯片、傳感器信號采集模塊和數據存儲模塊集成在一電路板上，該電路板設置于鞋墊上對應于腳掌的足弓處。
[0016]作為進一步改進，所述的柔性電容式壓力傳感器由兩片相對的金屬電極板和夾置于該兩金屬電極板之間的多孔高彈性柔性材料構成，壓強感知范圍為0-lMPa。
[0017]作為進一步改進，所述的傳感器信號傳輸線為直徑小于0.3mm的漆包線，其表面是絕緣涂層；該漆包線在所述鞋墊上的布線避免近距離平行的走線，以減少線與線之間的電容以及周圍環境對所述壓力信號的干擾。
[0018]與現有技術相比，本發明所述的基于電容式壓力傳感器的智能鞋墊系統具有以下優點:足底的詳細壓強分布可以反映出人的重心分布，進而分析人的體重和運動狀態；腳底分布有豐富的血管，能夠通過采集腳底的微弱脈搏信號來測量心率；集成在鞋墊中的柔性電容式壓力傳感器可以保持測量部位基本固定，不會在運動中與腳發生相對位移，從而使得采集的數據更加可靠。所述的人體狀態可以包括人的運動狀態，比如跑步，慢走等；還可以是人的走路姿態，比如兩腳呈“內八”、“外八”形態等；也可以是人的體重、心率等身體狀態。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的結構示意圖。
[0020]圖2為本發明的電路系統框圖。
[0021]圖3為柔性電容式壓力傳感器和電路板在鞋墊上的位置分布圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明為一種植入了高彈性多孔電容性壓力傳感器以獲取人體腳底壓強的智能鞋墊系統。
[0023]下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，該實施例以本發明技術方案為前提給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0024]如圖1所示，所述基于電容式壓力傳感器的智能鞋墊系統包括鞋墊、柔性電容式壓力傳感器5和信號采集電路系統。
[0025]所述鞋墊由頂層1、底層3和傳感器層2組成，該傳感器層2夾置于該頂層1與底層3之間。其中，傳感器層2是布置壓力傳感器的測量數據采集功能層，頂層1與底層3是保護層，用于保護傳感器層2不會在行走中被損壞。
[0026]所述柔性電容式壓力傳感器5為測量壓力的電容式傳感器，能夠將人體壓力的力量變化轉換為電容變化的電量信號，用以測量腳掌各位置作用在鞋墊上的壓力；該柔性電容式壓力傳感器5由兩片相對的金屬電極板和夾置于該兩金屬電極板之間的多孔高彈性柔性材料構成，其壓強感知范圍為Ο-lMPa ;所述兩金屬極板的厚度小于0.2mm,需要固定在所述的傳感器層2上，以免在人腳運動中出現相對位移，影響測量精確度。所述柔性電容式壓力傳感器5具有一定的柔性和很大的壓力響應范圍和靈敏度，通過大范圍的壓強感知以實現足底精確的壓強分布測量和體重測量等功能，通過極靈敏的壓強感知以實現穿戴者的心率測量功能。
[0027]的電容式壓力傳感器的同時將兩塊金屬極板是對準的。
[0028]所述柔性電容式壓力傳感器5 —共設有七個，分布于所述傳感器層2中，請參閱圖3柔性電容式壓力傳感器和電路板PCB在鞋墊上的位置分布圖，圖中電路板PCB和柔性電容式壓力傳感器5的大小并非按比例繪制，僅僅是用于說明它們的分布位置。所述柔性電容式壓力傳感器5包括第一壓力傳感器a、第二壓力傳感器b、第三壓力傳感器c、第四壓力傳感器d、第五壓力傳感器e、第六壓力傳感器f和第七壓力傳感器g。為了讓所述柔性電容式壓力傳感器5的分布位置更適合不同的人群，其在傳感器層2中的分布如下所述。這里用對應人腳掌骨骼的位置來說明傳感器的分布位置，鞋墊中的傳感器位于相應的骨骼正下方的位置。所述第一壓力傳感器a設置于鞋墊上對應于腳掌的根骨底端處，所述第二壓力傳感器b設置于鞋墊上對應于腳掌的第五跖骨靠近骰骨端的端點處，所述第三壓力傳感器c設置于鞋墊上對應于腳掌的第五跖骨靠近第五近節趾骨的端點處，所述第四壓力傳感器d設置于鞋墊上對應于腳掌的第三遠節趾骨和第四遠節趾骨的中點處，所述第五壓力傳感器e設置于鞋墊上對應于腳掌的第三跖骨靠近第三近節趾骨的端點處，所述第六壓力傳感器f設置于鞋墊上對應于腳掌的第一遠節趾骨中點處，所述第七壓力傳感器g設置于鞋墊上對應于腳掌的第一跖骨靠近第一近節趾骨的端點處。
[0029]所述信號采集電路系統通過傳感器信號傳輸線6與所述柔性電容式壓力傳感器5連接，將該柔性電容式壓力傳感器5測量的壓力信號處理后進行存儲或者發送到移動終端，同時分析計算出人體