一种智能鞋垫式消防员防护靴足底应力分布采集测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于消防设备技术领域，特别涉及一种智能鞋垫式消防员防护靴足底应力分布采集测试系统。
【背景技术】
[0002]消防员防护靴是消防员在救灾作业中必不可少的装备，消防员防护靴多用于隔绝火场中高热、积水等因素对消防员足部产生的侵害。以往的研究表明，消防员足部压力在消防员防护靴靴底内表面的分布情况对穿着者的工作状态有着十分重要的影响。所以通过对消防员防护靴穿着者足底压力数据的采集分析可较为有效地为消防员防护靴的优化设计提供指导。但是由于消防员防护靴在实际使用中，不同穿着者的足部形态存在较大差异，且其使用场合也有较大不同，所以需要大量地采集数据以便进行相应的分析。数据采集方式应尽可能简单有效，且应尽可能考虑成本限制、可靠性与可扩展性因素。采集系统应尽可能独立工作，同时为了便于对步态应力分布等进行较为详细的评估，还应具有较快的数据采集速度。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是实现对消防员防护靴使用过程当中穿着者的足底压力分布进行采集，并实现对采集数据的无线传输。本实用新型拟通过结合ZigBee技术与低功耗高集成度单片机，实现高度集成化的可穿戴式足底压力数据采集系统。此外还将通过配套的鞋垫辅助结构，提高数据采集系统的穿着灵活性与耐用性。
[0004]消防员防护靴足底压力采集系统需要对穿着者在实际消防作业中的足底压力数据进行高速采集，并希望通过无线信道将采集结果送往上位机。近年来ZigBee无线网络技术与单片机技术的发展为其功能的实现提供了可以利用的技术手段。ZigBee技术是无线传感器网络领域的骨干支撑技术，其具有组网简单、网络扩展性好、可靠性高、功耗低与价格低廉等优点，可以较好地满足对消防员防护靴足底压力实时采集数据进行传输的需求。而且借助ZigBee的组网能力，可以同时进行多个消防员防护靴的足底应力分布数据传输，从而可较大程度地提高数据采集效率与监测效果。而通过具有高集成度、高可靠性、低功耗的单片机，可以实现较高程度的系统集成化，从而令可穿戴式的足底压力采集系统成为可能。利用ZigBee与低功耗单片机的组合，可望在满足消防员防护靴足底压力数据采集需求的前提下，形成便于穿戴、使用简单、持续工作时间长与成本低廉的系统设计方案。此外为了使数据采集系统能够与消防员防护靴及穿着者足部契合，还需设计相应的承重包络结构及压力传导结构组成的鞋垫本体，从而满足系统实际应用需求。
[0005]本实用新型的技术方案是，一种智能鞋垫式消防员防护靴足底应力分布采集测试系统，包括用于消防员防护靴的鞋垫，该鞋垫的本体内设有低功耗单片机、ZigBee数据传输模块、多个压力传感器和电源电路，所述的多个压力传感器包括前脚掌压力传感器和后脚跟压力传感器，所述的鞋垫本体由硅胶片构成。
[0006]所述的ZigBee数据传输模块采用表贴陶瓷全向天线。
[0007]所述的压力传感器采用压敏电阻式压力传感器，该压敏电阻式压力传感器接电压跟随器后接入低功耗单片机的压力检测输入端。
[0008]所述的电源电路由线性稳压器与输入供电分压电路组成，该线性稳压器采用低压差线性稳压器，其输出连接低功耗单片机和ZigBee数据传输模块，输入供电分压电路采用电阻分压方式，并在分压电阻上并联电容。
[0009]所述的鞋垫本体采用硅胶材质，包括三层硅胶片结构，三层硅胶片的外部轮廓根据消防员防护靴靴底内表面的具体轮廓进行修形剪裁，修形后应保证对消防员防护靴靴底内表面形成平整覆盖，
[0010]所述的三层硅胶片结构包括作为基本支撑层的底层硅胶片、中层硅胶片和上层硅胶片，
[0011]所述中层硅胶片包含镂空空间，该镂空空间用于容纳包含低功耗单片机的PCB，
[0012]所述上层硅胶片设有开孔，在所述开孔中置入硅胶承力垫片，该硅胶承力垫片下表面紧贴所述的压力传感器。
[0013]为了满足对消防员防护靴使用过程中的足底压力数据进行采集并无线发送的需求，需有针对性地设计压力采集、数据处理、无线传输与电源管理的电路部分，及与数据采集需求配套的足底承重包络结构与压力传导结构组成的鞋垫本体。系统还应满足使用简便、结构简单、成本低廉与可靠性高的要求。
[0014]本实用新型提出了一种可用于对消防员防护靴足底压力进行采集的智能鞋垫，系统可以不间断地对消防员防护靴足底压力进行采集，并通过ZigBee无线通信方式将采集到的数据发出。系统使用简便、成本低廉。通过其采集到的数据可以供消防员防护靴的设计者与使用者参考，从而为实现对消防员防护靴性能及使用方式的优化提供数据支持。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型实施例中用于消防员防护靴足底压力数据采集的智能鞋垫系统组成示意图；
[0016]图2是本实用新型实施例中PIC16F690单片机、PICKIT下载接口及外围电路的原理图；
[0017]图3是本实用新型实施例中ZigBee通信模块DRF-1607H的电路原理图；
[0018]图4是本实用新型实施例中压力传感电路原理图；
[0019]图5是本实用新型实施例中左右脚鞋垫上压力传感器布设位置示意图；
[0020]图6是本实用新型实施例中鞋垫供电部分电路原理图；
[0021]图7是本实用新型实施例中硅胶鞋垫本体剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示是本实用新型用于消防员防护靴足底压力数据采集的智能鞋垫系统组成示意图。在具体实施中，低功耗单片机选择微芯公司(Microchip)生产的PIC16F690单片机，该单片机为采用纳瓦技术的20引脚8位CMOS闪存单片机。实施中采用PIC16F690内部振荡器作为系统时钟，振荡频率设定为8MHz。为减小系统尺寸，选用SS0P-20封装的PIC16F690芯片。PIC16F690芯片及其外围电路的原理图如图2所示。PIC16F690的RAO与RAl管脚与PICKIT下载器接口相连，用于程序的下载与调试。RA3管脚用作MCLR复位功能。在供电引脚Vdd处使用0.1uF电容抑制干扰。RA2、RCO、RCU RC2、RB4、RC7、RC6与RC3管脚用于采集压力传感电路的实时电压数据。RA4管脚用于采集电池输出电压的比例分压值。PIC16F690单片机、PICKIT下载接口及外围电路的原理图如图2所示。图中电容为0402封装的表贴陶瓷电容，电阻为0402封