一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，包括：溫濕度采集單元、電信號比較單元、電阻絲。本發明使用柔性電子皮膚傳感器檢測運動鞋鞋墊的溫濕度，以電信號的形式輸出。接著將該電信號輸入一個已經設置閾值的電壓比較器，電壓比較器的輸出來控制電阻絲加熱電路的通斷。其結構簡單、重量輕、可靠性高、攜帶方便、成本低、利于產業化。本發明裝置，主要解決現在的運動鞋尤其籃球鞋大都不透氣，而且有很多人容易出腳汗，稍微運動就會造成鞋墊以及運動鞋里經常是濕的問題。本裝置可以增加了人們運動時的舒適感，作為一種新型的智能鞋墊裝置，具有較高的實用性。
【專利說明】
一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊
技術領域
[0001]本發明涉及傳感器、信號處理技術等領域，尤其涉及一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，屬于智能可穿戴領域。
【背景技術】
[0002]智能可穿戴設備作為一種新型可穿戴設備，其研究熱度不斷提升，其應用領域也越來越廣泛。可穿戴設備不僅僅是一種硬件設備，更是通過軟件支持以及數據交互、云端交互來實現強大的功能，可穿戴設備將會對我們的生活、感知帶來很大的轉變。
[0003]隨著現在全民運動熱潮的不斷上漲，越來越多的人開始從事各項運動，來強身健體，培養興趣，陶冶身心。隨著越來越多人參與到運動中來，人們對于運動鞋的要求也越來越高。籃球鞋、足球鞋、跑步鞋等鞋類市場如火如荼，各種高科技都運用到運動鞋中來增加人們從事運動的舒適感。對于愛好籃球、長跑等激烈體育運動的人來說，鞋不透氣，鞋墊易濕是很大的問題。尤其是對那些腳容易出汗的人來說，鞋內經常潮濕不干簡直就是噩夢，讓很多人不能很盡興的投入到運動中去。而且現有的加熱鞋墊都是要自己去按開關控制，操作繁瑣，做工復雜，用戶體驗差。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提出一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，用于增加人們參與運動的舒適度，克服了從事激烈運動的人經常鞋里潮濕、鞋墊不干的不舒適感，以及習慣出腳汗的人們常年四季腳潮濕引起的各類疾病，增加了用戶體驗。結構簡單、重量輕、可靠性高、攜帶方便、成本低、利于產業化，具有很大的實用性。
[0005]為達此目的，本發明采用以下技術方案:一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，包括嵌于鞋墊本體內的溫濕度采集單元、電信號比較單元和電阻絲;溫濕度采集單元、電信號比較單元和電阻絲依次連接，且均嵌于鞋墊內；所述溫濕度采集單元包括一個恒流源和柔性電子皮膚，用于采集鞋墊的溫濕度，并以電信號的形式輸出，其中柔性電子皮膚的阻值隨著溫濕度變化，溫度或濕度越大，阻值越高，恒流源輸入后，溫濕度采集單元輸出的電信號越大。所述電信號比較單元用于將溫濕度采集單元輸出的電信號與閾值比較，通過比較結果來控制電阻絲的工作模式；當溫濕度采集單元輸出的電信號低于閾值時，電信號比較單元輸出低電平，電熱絲處于斷開模式；當溫濕度采集單元輸出的電信號大于或等于閾值時，電信號比較單元輸出高電平，電熱絲處于加熱模式。
[0006]進一步地，所述柔性電子皮膚通過以下方法制備得到:將Cu納米線-石墨烯薄膜剪出2cmX0.5cm的長條，將兩端用銀膠粘上銅線，再嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，置于70°C鼓風干燥箱中2h，制成柔性電子皮膚。所述Cu納米線-石墨稀薄膜的制備方法如下:
[0007](I)向20-25mL乙二醇溶液中加入20-42mgCu納米線，分散均勻后加入48-54mg抗壞血酸，分散均勻后加入3-3.SmL氧化石墨烯，移至水熱反應釜中，將其置于120-160°C鼓風干燥箱中反應4-6h，再冷卻至室溫，就得到Cu納米線-石墨烯復合水凝膠。
[0008](2)將制備得到的Cu納米線-石墨烯復合水凝膠置于0.5wt%水合肼溶液中透析16h，再取出倒入150mL去離子水中分散均勻，得到懸浮液，再用砂芯過濾裝置抽濾，便得到Cu納米線-石墨稀薄膜。
[0009]進一步地，電信號比較單元為電壓比較器，具體可采用LM339芯片，閾值電壓為I?5V。
[0010]進一步地，溫濕度采集單元還包括運算放大器，運算放大器連接在電信號比較單元與電阻絲之間，對柔性電子皮膚輸出的電信號進行放大，放大倍數為50;電信號比較單元為電壓比較器，具體可采用LM339芯片，閾值電壓為5V。
[0011]進一步地，運算放大器選擇可以采用μΑ741單運放。
[0012]本發明很好的實現了自動鞋墊加熱的功能，智能方便，安全可靠。本發明的柔性皮膚傳感器靈敏度高、穩定性好，可以很好的采集鞋內和鞋墊的溫濕度變化。鞋墊的電阻絲加熱裝置，結構簡單，重量輕，安全易實現，加熱速度快，加熱效果好。本發明裝置操作簡單而且對人的干擾小，利于長時間的重復使用。本裝置將智能控制和柔性電子皮膚很好的運用到人們的生活中，關注人們的細微感受，改善生活質量，提高生活品質。
【附圖說明】
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[0013]圖1是本發明智能鞋墊的內部結構示意圖；
[0014]圖2是智能鞋墊的外部結構示意圖；
[0015]圖3是智能鞋墊的各部分電路連接框圖；
[0016]圖4是每隔1s用濕棉花靠近智能鞋墊，其電信號的變化波形圖。
【具體實施方式】
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[0017]本發明一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，包括溫濕度采集單元、電信號比較單元、電阻絲。
[0018]所述的溫濕度采集單元，主要部件為柔性電子皮膚，柔性電子皮膚的制作方法為:將Cu納米線-石墨稀薄膜剪出2cm X 0.5cm的長條，將兩端用銀膠粘上銅線，再嵌入PDMS中，置于70°C鼓風干燥箱中2h，制成柔性電子皮膚。其中，Cu納米線-石墨烯薄膜的制備方法如下:
[0019](I)向20-25mL乙二醇溶液中加入20-42mgCu納米線，分散均勻后加入48-54mg抗壞血酸，分散均勻后加入3-3.SmL氧化石墨烯，移至水熱反應釜中，將其置于120-160°C鼓風干燥箱中反應4-6h，再冷卻至室溫，就得到Cu納米線-石墨烯復合水凝膠。
[0020](2)將制備得到的Cu納米線-石墨烯復合水凝膠置于0.5wt%水合肼溶液中透析16h，再取出倒入150mL去離子水中分散均勻，得到懸浮液，再用砂芯過濾裝置抽濾，便得到Cu納米線-石墨稀薄膜。
[0021]柔性電子皮膚具有較高的靈敏性和穩定性，其形狀和大小可以根據每個人的鞋墊的大小規格進行定制，靈敏的采集鞋墊處溫濕度的變化。柔性電子皮膚的阻值隨著溫濕度變化，溫度或濕度越大，阻值越高，恒流源輸入時輸出的電信號越大。
[0022]本發明一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，內部結構示意圖如圖1所示，外部結構示意圖如圖2所示，裝置連接結構框圖如圖3所示，包括嵌于鞋墊本體內的溫濕度采集單元、電信號比較單元和電阻絲;溫濕度采集單元、電信號比較單元和電阻絲依次連接;所述溫濕度采集單元包括一個恒流源和柔性電子皮膚，用于采集鞋墊的溫濕度，并以電信號的形式輸出。所述電信號比較單元用于將溫濕度采集單元輸出的電信號與閾值比較，通過比較結果來控制電阻絲的工作模式；當溫濕度采集單元輸出的電信號低于閾值時，電信號比較單元輸出低電平，電熱絲處于斷開模式；當溫濕度采集單元輸出的電信號大于或等于閾值時，電信號比較單元輸出高電平，電熱絲處于加熱模式。
[0023]所述電信號比較單元的電壓比較器芯片選擇的是LM339，閾值電壓為5V。
[0024]所述溫濕度采集單元的柔性皮膚傳感器輸出的電壓信號是非常微弱的，不能夠將電阻絲加熱，因此要經過一個運算放大器將電壓放大后才可以加熱電阻絲放熱，將鞋墊烘干。
[0025]所述運算放大器選擇的芯片是μΑ741單運放，放大倍數為50。
[0026]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0027]如圖4所示，每隔1s用濕棉花靠近一下鞋墊，從得到的信號波形形中可以明顯看出，該鞋墊的濕敏特性十分靈敏，而且穩定性和重復性也非常好。可以靈敏的采集溫濕度的變化并轉化為電信號。
[0028]具體的實施過程為:當用戶還沒從事運動或在一般的狀況下，鞋里的鞋墊濕度一般，石墨烯柔性電子皮膚的電阻值較小，輸入電流時溫濕度采集單元的電壓值較小，此電壓值輸入到已經設置閾值電壓的電壓比較器中，由于輸入電壓小于所設的閾值電壓，輸出低電平。從而基本沒有電壓輸入到后面的運算放大器中，從而不會對鞋墊的電阻絲進行加熱，此時處于一般的狀況下；當用戶從事運動時，鞋里面的鞋墊溫度升高、濕度增加，當濕度增加到一定程度時，石墨烯柔性電子皮膚的電阻值變大，輸入電流時溫濕度采集單元的電壓值較大，此電壓值輸入到已經設置閾值電壓的電壓比較器中，由于輸入電壓大于所設的閾值電壓，輸出高電平。這個高電平電壓輸入到運算放大器中將電壓進行一定比例的放大，接著加到鞋墊的電阻絲兩端，電阻絲發熱來烘干鞋墊，當鞋墊被烘干時，鞋墊的濕度減小，輸入電流時溫濕度采集單元的電壓值減小，此電壓值輸入到已經設置閾值電壓的電壓比較器中，由于輸入電壓將小于所設的閾值電壓，輸出低電平，從而電阻絲的加熱被切斷，鞋墊又回到正常的狀態。就這樣，隨著鞋內濕度的變化，鞋墊進行自加熱和自切斷的不斷循環。
【主權項】
1.一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，其特征在于:包括嵌于鞋墊本體內的溫濕度采集單元、電信號比較單元和電阻絲;溫濕度采集單元、電信號比較單元和電阻絲依次連接，且均嵌于鞋墊內；所述溫濕度采集單元包括一個恒流源和柔性電子皮膚，用于采集鞋墊的溫濕度，并以電信號的形式輸出，其中柔性電子皮膚的阻值隨著溫濕度變化，溫度或濕度越大，阻值越高，溫濕度采集單元輸出的電信號越大。所述電信號比較單元用于將溫濕度采集單元輸出的電信號與閾值比較，通過比較結果來控制電阻絲的工作模式；當溫濕度采集單元輸出的電信號低于閾值時，電信號比較單元輸出低電平，電熱絲處于斷開模式；當溫濕度采集單元輸出的電信號大于或等于閾值時，電信號比較單元輸出高電平，電熱絲處于加熱模式。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述柔性電子皮膚通過以下方法制備得至IJ:將Cu納米線-石墨烯薄膜剪出2cmX0.5cm的長條，將兩端用銀膠粘上銅線，再嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，置于70°C鼓風干燥箱中2h，制成柔性電子皮膚。所述Cu納米線-石墨烯薄膜的制備方法如下: (1)向20-25mL乙二醇溶液中加入20-42mgCu納米線，分散均勻后加入48-54mg抗壞血酸，分散均勻后加入3-3.SmL氧化石墨烯，移至水熱反應釜中，將其置于120-160 V鼓風干燥箱中反應4-6h，再冷卻至室溫，就得到Cu納米線-石墨烯復合水凝膠。 (2)將制備得到的Cu納米線-石墨烯復合水凝膠置于0.5wt%水合肼溶液中透析16h，再取出倒入150mL去離子水中分散均勻，得到懸浮液，再用砂芯過濾裝置抽濾，便得到Cu納米線-石墨烯薄膜。3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，電信號比較單元為電壓比較器，具體可采用LM339芯片，閾值電壓為I?5V。4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，溫濕度采集單元還包括運算放大器，運算放大器連接在電信號比較單元與電阻絲之間，對柔性電子皮膚輸出的電信號進行放大，放大倍數為50;電信號比較單元為電壓比較器，具體可采用LM339芯片，閾值電壓為5V。5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，運算放大器選擇可以采用μΑ741單運放。
【文檔編號】A43B17/00GK105831880SQ201610173232
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發明人】劉愛萍, 王夏華, 錢巍, 吳化平, 居樂樂, 趙廷玉
【申請人】浙江理工大學