一种婴幼儿爬行垫压力测试系统的制作方法

本发明涉及一种婴幼儿爬行垫压力测试系统，属于智能传感器技术领域。

背景技术

2016年1月1日国家开放二胎政策以来，婴幼儿的数量呈持续增长态势，但由于日常生活的繁琐和工作中的压力，有许多父母没能够拥有足够多的时间来照顾陪伴孩子，同时伴随着儿童意外事故发生率越来越高，父母的看护压力不断增加。基于这样的现状，针对婴幼儿的安全看护问题进行相关研究是非常必要的，需对婴幼儿的看护问题提出优良的解决方案。

物联网（internetofthings，简称iot）是近年来信息领域的一次重大变革，被认为是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。物联网通过各种信息传感设备，按照约定的协议，实时采集任何需要识别、管理、定位和监控的物体信息，与互联网结合成一个巨大的网络，其目的就是实现物与物、物与人、物与网络的连接，从而进行信息交互。物联网的产生使得人们的生活不断朝着信息化和便利化的方向发展，从目前发展形势看，物联网发展飞速且用途愈来愈广泛，遍及交通、农业、工业、家居等多个领域。物联网技术逐渐融入人们的生活并且硬件成本也越来越低，为此我们可以利用云平台作为后台管理设计一些稳定且高性价比的控制和管理系统，基于云平台对传感器获取到的数据加以管理。

在婴幼儿成长中，爬行垫的使用期可从爬行期、初学走步期、学步走动期到幼儿成长期，一直陪伴着宝宝长大。若将婴幼儿每日使用的爬行垫加以改进，设计一种基于stm32和柔性压力传感器阵列的物联网接入方案，父母便可在非视距范围内实时监测孩子周围的环境和当前的活动状态。目前还没有相应的婴幼儿爬行垫装置。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种婴幼儿爬行垫压力测试系统，以解决目前父母无法时刻陪伴在孩子身边产生的婴幼儿看护问题，能够实现婴幼儿活动状态的智能检测和分析，以克服父母育儿压力重、现有爬行垫用途单一等问题。

本发明的技术方案是：一种婴幼儿爬行垫压力测试系统，包括爬行垫，还包括：

柔性压力传感器阵列，固定在爬行垫内胆的上表面，用于获取压力信息；

数据采集模块，与柔性压力传感器阵列连接，用于接收从柔性压力传感器阵列传输过来的压力信息；

无线通信模块，与数据采集模块连接，用于向外传输爬行垫的压力信息；

云服务器，与无线通信模块连接，用于储存数据采集模块发送过来的压力信息；

移动终端，与云服务器通信连接，用于调取和处理爬行垫的压力信息。

所述柔性压力传感器阵列包括从上至下依次重叠的上柔性薄膜层、上电极层、力敏阵列层、下电极层和下柔性薄膜层，其中，上电极层为铺设在上柔性薄膜层内表面的若干行电极，下电极层为铺设在下柔性薄膜层内表面的若干行电极，上电极层上的电极与下电极层上的电极相互交叉形成压力感应阵列。

所述上柔性薄膜层和下柔性薄膜层为pet聚酯薄膜。

本发明的有益效果是：与现有装置相比，本发明将柔性压力传感器阵列嵌入至爬行垫内胆，通过放置的柔性传感器阵列实时采集：婴幼儿在爬行垫上的活动区域、活动状态、睡眠时间、睡眠压力分布、身体指标等数据，其采集到的数据在移动终端上显示，方便父母在非视距范围内实时查看。本发明具有网络信息化、远程可控化、结构简单、功能多样等特点，提高了家庭看护的效率和安全性，解决了非视距范围内的实时看护、父母看护压力大，精力不够用等问题，突破了传统看护模式，能让父母更加安心的工作，也让孩子能够更加安全的成长。

附图说明

图1为本发明的结构图示意图；

图2为本发明中爬行垫的分层结构示意图；

图3为本发明中柔性压力传感器阵列的分层结构示意图；

图4为本发明中数据采集模块结构示意图；

图5为本发明中物联网体系结构示意图；

图6为本发明中硬件连接示意图；

图中：1-上cpp薄膜层，2-上植物油墨图案层，3-柔性压力传感器阵列，4-内胆层，5-下植物油墨图案层，6-下cpp薄膜层，7-上柔性薄膜层，8-上电极层，9-力敏阵列层，10-下电极层，11-下柔性薄膜层，12-爬行垫，13-硬件电路模块。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：

请参阅图1至图5，根据本发明一种婴幼儿爬行垫压力测试系统，包括爬行垫12、柔性压力传感器阵列3、数据采集模块、无线通信模块、云服务器和移动终端。其中，柔性压力传感器阵列3固定在爬行垫12内胆层4的上表面，用于获取压力信息；数据采集模块的硬件电路模块13与柔性压力传感器阵列3连接，用于接收从柔性压力传感器阵列3传输过来的压力信息；无线通信模块与数据采集模块连接，用于向外传输爬行垫12的压力信息；云服务器与无线通信模块连接，用于储存数据采集模块发送过来的压力信息；移动终端与云服务器通信连接，用于调取和处理爬行垫12的压力信息。

如图5，婴幼儿爬行垫12接入物联网的体系架构主要分为四层，包括感知层、接入层、网络层和应用层。1）感知层的传感阵列获取婴幼儿的活动状态、区域等数据。2）接入层的硬件设备采集传输数据。3）网络层作为数据的传输通道。4）由应用层的云服务器进行该系统的管理和控制，并可通过网站后台和移动终端进行查看。

在一个例子中，爬行垫12选用xpe高端材质作为内胆，具有隔热、隔水、防潮、防震、抗撞力强和回弹性好等特质，保护婴幼儿在活动中免受伤害；在xpe内胆外层覆盖趣味性卡通图案的植物油墨，满足婴幼儿视觉上的要求；最外层再附上食品级ccp环保压膜，保证婴幼儿娇嫩的皮肤不直接接触油墨。如图3所示，爬行垫12从上至下依次为上cpp薄膜层1、上植物油墨图案层2、柔性压力传感器阵列3、内胆层4、下植物油墨图案层5和下cpp薄膜层6。爬行垫12也可选用其他的材质，例如pvc。

在爬行垫12内胆外层设有用于放置柔性压力传感器阵列3和数据采集模块的凹槽。柔性压力传感器阵列3放置在内胆上表面的外部凹槽中，数据采集模块被放置于内胆背面卡槽内。通过婴幼儿在爬行垫12上的活动，传感阵列上产生相应的压力状态分布，由此可判断出婴幼儿在爬行垫12上当前的活动状态，如爬行、睡觉、活动玩耍，进而实现非视距内的实时监测。

柔性压力传感器阵列3包括从上至下依次重叠的上柔性薄膜层7、上电极层8、力敏阵列层9、下电极层10和下柔性薄膜层11，其中，上电极层8为铺设在上柔性薄膜层7内表面的若干行电极，下电极层10为铺设在下柔性薄膜层11内表面的若干行电极，电极材质为铜，上电极层8上的电极与下电极层10上的电极相互交叉形成压力感应阵列。在一个例子中，上柔性薄膜层7和下柔性薄膜层11为pet聚酯薄膜。

制作时，将两层pet聚酯薄膜作为衬底，一层薄膜内表面铺设若干行铜电极，另一层内表面铺设若干列铜电极，电极外表面涂覆柔性力敏薄膜材料，并将两片聚酯薄膜贴合在一起。制作完成的柔性压力传感器阵列3的各行各列便互相连通，行列交叉处形成一个单点压力传感器，大量的横向电极和纵向电极的交叉点就形成了压力感应阵列。

在一个例子中，柔性压力传感器阵列3参数根据《儿童生长发育参照标准》和婴儿床尺寸来进行设计。传感阵列参数为：感应区域面积60cm*120cm，行列数为90*180的共计16200个压力敏感点，点阵密度2.25cm²，压力量程1kg—30kg。如图6，柔性电极各为九十行一百八十列上下覆盖于柔性力敏层，并采用fpc接口将柔性压力传感阵列与数据采集模块相连。同时考虑到爬行垫12的实用性，可以对多个阵列进行拼接从而实现更大面积的感应区。

数据采集模块包括了数据扫描电路模块、数据调理电路模块和电源模块。因爬行垫12的使用常用场景大多在室内，所以采用usb供电，电源模块将5v电压转为stm32所需的3.3v电压，为微处理器和数据扫描电路提供所需的稳定电压，在阵列的每行上都先加一个运算放大器，利用“虚短”的原理，将各行的电位拉低到零电位，消除阵列电阻中的交叉耦合问题，后分别接上多路数据模拟开关，由主控芯片输出行选列选信号控制各数字模拟开关的通断实现行列扫描，对阵列中各传感单元的电阻进行测量逐个读取出来；再经过运算放大器放大后的输出电压信号至数据调理单元进行a/d转换，模拟电压信号量化为计算机可以处理的数字信号完成调理。

所述数据采集模块以c8051f380为主控芯片和hc4051数字模拟开关，max4495运算放大器等对传感阵列完成扫描调理，实时获取压力分布数据。

无线通信模块使用wifi模块，将采集调理好的数据传输至云服务器中，通过此模块实现云平台和爬行垫12间的通信。

stm23作为核心微控制器，并利用乐鑫esp8266wifi无线通信模块实现与云服务器数据通信传输，云服务器对数据进行管理、存储和分析，移动终端用户下载安装该爬行垫12产品的手机app并设置对应账号和密码，在终端连网状态下通过客户端实时查看和调用云服务器中的各项数据，app会在紧急情况下提供相关建议或发出警报，app的命令也会通过云平台返回微处理器。

本装置采用物联网接入技术，实现大数据处理和人机交互功能。爬行垫12中的传感阵列采集到数据利用wifi模块将数据传输至云服务器，并与移动终端使用的app相连。云平台对接收到的数据进行收集整理和处理，最终转化为终端用户可视化的简单直接内容。如：父母在app中任意设定某一项数据指标，如宝宝的身长体重，在该设定指标基础上，压力阵列当前采集到的身长体重数值先进行每日存储，再与云服务器中数据库给出的同龄婴幼儿正常成长指标进行比较，判断后得出宝宝有无成长异常结论，并将结果反馈至终端app上；睡姿压力图像会通过睡姿分类器，将实时采集到的睡姿特征分布作为输入，将四种基本睡姿（仰睡、俯睡、左侧睡和右侧睡）类型作为输出。四种基本睡姿均有不同程度的缺点，长期采用仰卧睡姿缺点一是头颅可能变形，二是宝宝吐奶时容易呛到气管、俯卧睡姿的缺点是因宝宝还不能自己抬头，容易把鼻口堵住，影响呼吸功能、左侧睡姿的缺点为是因胃与食道的交界偏左侧，左侧卧时胃容物易回流到食道中引起呕吐或溢奶。父母可根据app上接收到的信息对宝宝睡姿时而进行变换，可仰睡、俯睡、侧睡交替进行。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。