一種自發電多功能的智能鞋墊的製作方法
2023-06-06 19:52:11
本發明涉及智能穿戴技術，具體涉及一種自發電多功能的智能鞋墊。
背景技術：
隨著社會的進步，人們的生活質量也逐漸提高，越來越多的人關注自己的身體狀態，希望獲得更多關於自身狀態的數據來評估自己的健康程度。對於醫生來說，獲取病人詳細的體徵數據可以幫助準確地診斷和治療疾病。近年來，電子信息技術發展迅速，傳感器和元器件的集成度越來越高，而體積和功耗越來越小，使得傳感器集成到貼身穿戴的物件中成為可能。
現在，市面上已經有很多用於檢測人體狀態參數的可穿戴設備，可是大多數產品都是通過手腕獲取數據，因而獲取的數據種類有限。此外，腕部配飾的活動自由度大、外界幹擾較大以及手部運動的複雜性，獲得的數據可信度較低，影響這類穿戴產品的發展。除了手腕處獲取參數外，從人體腳部獲取狀態參數也是一個不錯的選擇。2015年後，智能鞋和智能鞋墊迎來快速發展，其生產商數量和出貨量都有較大的增長，已成為一股不可忽視的力量。
目前，市面上的智能鞋主要有計步鞋和定位鞋，它們功能單一，無法滿足人們的需求。而在鞋墊上安裝傳感器，可以獲得更多、更詳細的人體狀態參數，如腳底壓力、心率等，同時也方便人們更換鞋子，所以現在很多公司和研究單位把主要精力放在智能鞋墊上。經調研發現，比利時rscan公司和德國novel公司等已經生產出腳底壓力測量鞋墊，雖然精度高，但其所需傳感器眾多(約2000個)，成本太高，不適合大眾普及。
因此，如何獲取腳底更多參數、降低智能鞋墊的成本，成為了當前亟待解決的問題。
技術實現要素：
針對現有智能鞋墊的不足，本發明的目的在於提供一種自發電、多功能的智能鞋墊。該鞋墊的功能主要有：利用壓力發電，無需頻繁充電，具有磁療、抗菌功效，可以測量腳底壓力分布，測量心率，計算步數等，把測量數據上傳手機進行進一步處理分析和顯示。
為了實現上述目的，本發明的技術方案為一種自發電多功能的智能鞋墊，該鞋墊包括：上、中、下三層；上層為軟質材料，中層嵌入有：壓力傳感器、運動傳感器、微型紅外對管、電路系統、壓力發電器件，下層為硬質材料；其特徵在於中間層嵌入有8個壓力傳感器，分別設置於腳掌對應的鞋墊位置為：第1趾、第1蹠骨、第2蹠骨、第3蹠骨、第4蹠骨、第5蹠骨、足弓中部、足跟中部；所述運動傳感器設置於鞋墊的中部對應腳掌的跗蹠關節下方；所述微型紅外對管設置於第1趾橫動脈下方，用於檢測使用者心率；所述中間層嵌入有兩個壓力發電器件，分別設置於蹠骨和距骨正下方；所述電路系統設置於足弓外側，該電路系統包括：信號調理模塊、微處理器、存儲模塊、無線傳輸模塊、升壓電路、蓄電模塊，其中各傳感器採集的數據經過信號調理模塊後輸入微處理器，微處理器對信號進行處理，對數據進行存儲或通過無線傳輸模塊進行傳輸，壓力發電器件發電後電能經過升壓電路輸入蓄電模塊，蓄電模塊為整個系統供電。
進一步的，所述運動傳感器中包括3個mems慣性傳感器、1個加速度計和1個陀螺儀。
進一步的，所述鞋墊的上層採用多層膜工藝，內部有託瑪琳纖維和抗菌中藥凝膠。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：該自發電多功能的智能鞋墊，具有抗菌、磁療等功效；採用柔性壓力發電，避免頻繁充電；能夠準確測量腳底多個主要區域的壓力變化和運動狀態，可以用於矯正走姿、康復監測、計步和體感遊戲等；能夠準確地測量心率，並把數據上傳手機等智能終端，可以實時顯示出來。
附圖說明
圖1為本發明的一種自發電多功能的智能鞋墊的分解示意圖；
圖2為鞋墊中間層主要電路硬體分布示意圖；
圖3為智能鞋墊的硬體框架圖；
其中：1-鞋墊上層，2-橡膠墊片，3-紅外對管，4-柔性壓力傳感器，5-柔性壓力發電器件，6-運動傳感器，7-數據電路採集系統，8-鞋墊中間層，9-鞋墊底層。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案等更加清晰，以下結合附圖和具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的具體實施方式僅僅是為了解析本發明，並非為了限定本發明。
如圖1所示，一種自發電多功能的智能鞋墊，其主體主要由三層結構組成：鞋墊上層1採用多層膜工藝，第一層膜採用透氣、柔軟、韌性很好的材料，第二層膜採用託瑪琳超細纖維，並在其中加入微小的抗菌中藥凝膠，第三層膜採用防水、硬度較大的材料；鞋墊中間層8採用質地輕盈、抗壓耐磨的材料，並在其中嵌入8個柔性壓力傳感器4、1個運動傳感器、1個微型紅外對管和2個柔性壓力發電器件等元件，還包括1塊數據電路採集系統，鞋墊中間層8底部有凹槽，用來安裝柔性電路走線；鞋墊底層9採用硬度稍大、抗菌的材料，對中間層的電路和傳感器提供較好的支撐作用。
如圖1所示，本實施例中的柔性壓力傳感器4上端面有一個橡膠墊片2，橡膠墊片2的半徑比柔性壓力傳感器4的小，而且柔性壓力傳感器4和橡膠墊片2疊加在一起的厚度比鞋墊中間層8的大，這樣鞋墊上層1的壓力能夠很好地施加在8個壓力傳感器4上。
如圖2所示，本實施例中的柔性壓力傳感器有8個，分布在第1趾骨、第1蹠骨、第2蹠骨、第3蹠骨、第4蹠骨、第5蹠骨、足弓外側和足跟中部，這幾個位置所受的壓力較大。柔性壓力傳感器的個數也可以適當增減，具體情況視測量精度和成本而定。
如圖2所示，本實施例中的紅外對管放置在第1趾橫動脈下方，其紅外發射波長為850nm，能夠監測心率的變化。
如圖2所示，本實施例中的運動傳感器採用博世公司的bhv160，其位於鞋墊的中部，能夠獲取運動狀態的全方位信息。
如圖2所示，本實施例中的柔性壓力發電器件有2個，分別位於蹠骨中部、距骨中部，其採用採用「發電橡膠」製成，該材料兼顧了陶瓷和聚偏氟乙烯類的高分子樹脂壓力發電材料各自的優勢，同時具有高發電新能與柔軟性。
如圖2所示，本實施例中的數據採集電路系統位於足弓外側，其包含信號調理模塊、主控晶片、數據存儲模塊、電源管理模塊以及無線傳輸模塊。
如圖3所述，本實施例中的柔性壓力傳感器的電信號通過信號調理模塊後送入微處理器進行模/數轉換處理，運動傳感器則直接通過總線把數據送入微處理器。微處理器可以控制紅外對管發射850nm的紅外線，經反射後背紅外對管的接收端接收，經信號調理後送入微處理器中。柔性壓力發電器件產生的電能通過生壓電路後存儲在鋰電池中，電路系統所需的電能均從鋰電池中取。
如圖3所示，本實施例中智能鞋墊所採集的數據經處理後通過無線模塊與手機/電腦等智能終端進行通信，從而實現對腳底壓力、心率、運動狀態等參數的實時監測。
實施例中的無線通信功能，可以採用藍牙、gprs、3g、4g、wi-fi等。
實施例中的智能鞋墊，還可以通過智能終端把測量數據上傳到雲端，進行數據挖掘，為醫生提供更全面的信息。
以上為本發明實施例的描述，本領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的修改。因此，本發明並不局限於上面描述的具體實施方式，對本發明的一些修改也應屬於本發明的權利要求保護範圍。此外，儘管本發明說明書中使用了一些特定術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。